Файл: Нечаев Ю.Н. Входные устройства сверхзвуковых самолетов.pdf

У сверхзвуковых диффузоров при скоростях полета, больших скорости звука, изменение режима двигателя в некоторых пределах не оказывает влияния на систему косых скачкоз и на площадь струй-

62

В этом случае давление перед двигателем уже повышаться не будет,

к возникновению неустойчивости в его работе, которая характерна наличием значительных пульсаций потока. На режимах . неустойчи­

наступает почти одновременно. Исходя из этого, запас устойчивости диффузора принято характеризовать размерами сверхзвуковой зоны,

оборотов, то будет происходить увеличение пропускной способности двигателя. Но расход воздуха через диффузор при этом увеличиться не сможет. Произойдет снижение давления на входе в двигатель и уменьшение противодавления за диффузором. Перепад давлений на скачке, расположенном за горлом, возрастет. Скачок переместится вправо (по потеку). Размеры сверхзвуковой зоны также возрастут. За счет увеличения числа М перед, скачком и .повышения его интен­ сивности потери в скачке возрастут. Это и даст необходимое сниже­

М полета могут в зависимости от степени дросселирования двигателя устанавливаться три характерных режима работы диффузора, пока­ занных на фиг. 46. Эти режимы согласно принятой терминологии будем называть сверхкритическим, критическим и докритичеоким. Сверхкритический режим соответствует наличию сверхзвуковой зоны

63

звуковым (фиг. 45,в). Работа диффузора на некритических режимах нежелательна из-за возможности появления неустойчивости и возра­ стания дополнительного сопротивления.

На фиг. 47 показано изменение параметров, характеризующих работу диффузора, в зависимости от изменения приведенного числа оборотов двигателя при заданном числе М полета. Здесь построен

Фиг. 47. Зависимость коэффициентов а,,*, ® и Сх, от приведенного числа оборотов ТРД

график зависимостей от числа оборотов двигателя трех величин: коэффициента сохранения давления авх, коэффициента расхода ср и коэффициента лобового сопротивления Сх . На сверхкритических ре­ жимах коэффициенты сри Сх не изменяются, так как в этой области дросселирование не оказывает влияния на сверхзвуковой поток пе­ ред входом в диффузор. Коэффициент <звх первоначально при сни­ жении числа оборотов возрастает. Это, как указывалось, обусловле­ но уменьшением интенсивности скачка за горлом. На критическом

64

хода и резким возрастанием волнового сопротивления. Коэффициент овх здесь несколько падает, что объясняется разрушением системы косых скачков уплотнения головной волной. Далее, при некотором числе оборотов птш (точка 3) возникает неустойчивая работа диф­ фузора.

В целях получения наилучших данных двигателя выгоднее всего работать в сверхкритической области, но как можно ближе к крити­ ческому режиму. Здесь обеспечивается максимальный расход возду­

работа. Чтобы иметь необходимый запас устойчивости, нужно режим, соответствующий максимальным оборотам (точка /), выбирать зна­

от числа оборотов двигателя. Они удобны тем, что мы судим обычно об изменении режима работы двигателя по числу оборотов. Но в дей­ ствительности основное влияние на работу диффузора оказывает ни число оборотов двигателя, а производительность (пропускная спо­ собность) компрессора, которая изменяется с изменением числа обо­ ротов. Производительность компрессора можно характеризовать чис­ лом М на входе в компрессор или пропорциональной ему величиной приведенного расхода воздуха. Поэтому характеристики входных диффузоров принято строить не по оборотам, а по приведенному рас­ ходу воздуха. Качественно они остаются такими же, как и зависимо­ сти, изображенные на фиг. 47. Такие характеристики будут рассмот­ рены в следующем параграфе.

Влияние изменения угла атаки. Рассмотрим влияние на работу входного диффузора изменения угла атаки. Схема обтекания диффу­ зора при положительных углах атаки показана на фиг. 46,г. Течение в этом случае становится несимметричным. В верхней части цент­ рального тела углы между образующими ступенчатого конуса и на­ правлением потока уменьшаются, поэтому уменьшаются и углы на­ клона косых скачков — они входят внутрь обечайки. В нижней части центрального тела указанные углы увеличиваются. Косые скачки при новом их расположении не проходят теперь через переднюю кромку обечайки.

Другая особенность обтекания диффузора под углом атаки со­ стоит в том, что максимально возможная площадь струйки тока в верхней части оказывается уменьшенной, а в нижней — увеличен­ ной по сравнению с их значениями на расчетном режиме. Но пло­ щадь горла при этом остается неизменной, поэтому его пропускная

способность в нижней части становится недостаточной и здесь возни­ кает головная волна даже при сверхкритических режимах, что при­ водит к возрастанию потерь полного давления и внешнего сопротив­ ления. В верхней части, наоборот, горло становится большим потреб­ ного — возникают дополнительные потери полного давления от перерасширения горла.

В целом по указанным причинам снижаются величины коэффи­ циента расхода и коэффициента сохранения полного давления и по­ вышается внешнее сопротивле­ ние диффузора по сравнению с их значениями при нулевом уг­ ле атаки. Кроме того, возника­ ет значительная неравномер­ ность параметров потока в по­ перечных сечениях кольцевого канала. Это вызывает перетека­ ние воздуха из зон повышенно­ го в зоны пониженного давле­ ния и приводит к набуханию и отрыву пограничного слоя в зо­ нах пониженного давления, что может явиться причиной преж­ девременного появления неус­

тойчивой работы.

Влияние изменения числа

М полета. Перейдем теперь к рассмотрению влияния на рабо­ ту входного сверхзвукового диффузора с центральным те­ лом числа М полета. Число М полета влияет прежде всего на углы наклона косых скачков уплотнения. Если на расчетном числе М полета косые скачки фокусируются на передней кромке обечайки (фиг. 48,а), то на числах М полета, не равных расчетному, они уже не попа­

дают на переднюю кромку, а проходят мимо нее. Кроме того, чис­ ло М полета ,изменяет величину приведенного расхода воздуха и тем самым влияет на противодавление за диффузором и на разме­ ры сверхзвуковой зоны, образующейся за горлом. Рассмотрим вна­ чале влияние числа М полета гири неизменном приведенном расходе воздуха через двигатель и при работе диффузора на сверхкритическам режиме.

расхода уменьшается. Возникает дополнительное сопротивление. Те­ чение на входе для этого случая представлено на фиг. 48,6.

66

Необходимо отметить, что коэффициент сохранения давления системы скачков уплотнения в этом 'случае увеличивается, так как поток приходится тормозить от меньшей начальной скорости и поте­

расхода воздуха за счет дополнительного уменьшения коэффициента расхода до значений, меньших <ррасп. Схема течения для этого случая изображена на фиг. 47,в. За головной волной поток становится до­ звуковым. При входе в диффузор и в сужающейся части канала скорость увеличивается до скорости звука, а в расширяющейся его части, как и прежде, образуется сверхзвуковая зона, размеры кото­ рой определяются величиной приведенного расхода воздуха через двигатель. Такой режим работы является сверхкригическим.

Появление головной волны на сверхкритических режимах не вы­ зывает нарушения устойчивой работы диффузора, но связано со зна­ чительным возрастанием внешнего сопротивления.

Возникает вопрос, нельзя ли за счет значительного перерасшире­ ния горла на расчетном режиме увеличить диапазон возможных ре­ жимов работы диффузора без головной волны при числах М полета, меньших расчетного. Это, оказывается, не всегда выгодно, так как сопряжено с ухудшением данных двигателя при расчетном числе М

сделать такое перерасширение горла, это приведет к увеличению по­ терь полного давления на расчетном режиме, а следовательно, к снижению тяги и к увеличению удельного расхода топлива на этом режиме.

67