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

последующего изложения, противоречивыми. Поэтому выбор типа входного устройства и его основных параметров в целом должен быть подчинен требованию обеспечения максимально возможной для заданных условий величины эффективной тяги или минимального удельного веса силовой установки.

К входным устройствам многорежимных летательных аппара­ тов может быть предъявлено еще одно весьма важное требование: возможность эффективной и устойчивой работы в заданном диапа­ зоне изменения режимов полета и режимов работы двигателя. Из­ менение режима работы двигателя и летательного аппарата связано не только с изменением расхода воздуха, скорости и высоты полета, но и с изменением угла набегания потока, т. е. угла атаки. Расшире­ ние диапазона режимов входного устройства по скорости полета, высоте полета, расходу воздуха и углу атаки связано неизбежно

суменьшением эффективной тяги в расчетных условиях полета, либо

снеобходимостью его специального весьма сложного регулирования.

1)обеспечение высоких значений коэффициента сохранения полного давления;

*2) создание равномерного потока на входе в двигатель или желаемой (допустимой) неравномерности;

3)снижение внешних сопротивлений;

4)обеспечение устойчивой и эффективной работы во всем тре­

В зависимости от расчетной скорости полета входные устройст­ ва можно разделить на два типа:

1)для дозвуковых летательных аппаратов (дозвуковые);

2)для сверхзвуковых летательных аппаратов (сверхзвуковые).

9

Надо иметь в виду, что такое разделение до некоторой степени яв­ ляется условным потому, что летательные аппараты могут быть рас­ считаны на использование как при дозвуковых, так и при сверхзву­ ковых скоростях и, кроме того, при расчетных числах М полета, близких к единице, оба типа входных устройств могут мало отли­ чаться друг от друга.

Во входных устройствах осуществляется торможение воздуха перед поступлением его в двигатель. Устройства, в которых происхо­ дит торможение потока, в аэродинамике принято называть диффу­ зорами. По аналогии входные устройства ВРД также называют диф­ фузорами.

Ф и г. 2. Схемы диффузорных и конфузорных каналов:

а — дозвуковое сопло; б — дозвуковой диффузор; в — сверхзвуковое сопло (сопло Лаваля); г — сверхзвуковой диффузор (обращенное сопло Лаваля\

Следует напомнить, что в аэродинамике различают два типа каналов. Каналы, при движении по которым скорость газового пото­ ка уменьшается, называют диффузорами. Каналы, в которых осуще­ ствляется увеличение скорости движения газа, называют конфузорами или соплами.

При дозвуковых скоростях движения газа для ускорения потока требуется иметь уменьшение площади проходного сечения по длине канала. Для торможения потока газа площадь по длине канала должна увеличиваться. Схемы сопла, и диффузора при дозвуковых скоростях движения газа показаны на фиг: 2,а и б.

Однако ускорение потока в сужающемся канале возможно толь­ ко до скорости, равной скорости звука. Для ускорения дозвукового потока до скоростей, больших скорости звука, сопло должно быть вначале сужающимся, а затем — расширяющимся (фиг. 2,в). Такие сужающе-расширяющиеся сопла называют соплами Лаваля. В сужа­ ющейся части сопла Лаваля происходит ускорение дозвукового пото­ ка. В узком сечении сопла, которое называют критическим сечением

10

или горлом, скорость потока достигает скорости звука. В расширяю­ щейся части осуществляется дальнейшее ускорение газа до сверх­ звуковых скоростей. Скорость на выходе из сопла Лаваля тем выше, чем больше отношение выходной площади к площади горла.

Торможение сверхзвукового потока должно производиться в об­ ратном порядке. Поэтому сверхзвуковой диффузор можно представ­ лять себе как обращенное сопло Лаваля. Теоретически работу такого идеального диффузора можно мыслить происходящей следующим об­ разом. В сужающейся части канала сверхзвуковой поток затормажи­ вается без скачков и без образования пограничного слоя до скорости точно равной скорости звука. Дальнейшее торможение потока, уже ставшего дозвуковым, осуществляется в расширяющейся части ка­ нала (фиг. 2,з).

Указанные идеальные схемы дозвукового (фиг. 2,6) и сверхзву­ кового (фиг. 2,г) диффузоров Не учитывают ряда особенностей, свя­ занных с наличием сжимаемости и вязкости и с возможностями обес­ печения устойчивой работы. Это приводит к необходимости более тщательного изучения физических процессов, происходящих при торможении как дозвукового, так в особенности сверхзвукового по­ токов.

§ 2. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ДОЗВУКОВЫХ ВХОДНЫХ ДИФФУЗОРОВ

Рассмотрим особенности организации процесса торможения воз­ духа в дозвуковых входных диффузорах.

К дозвуковому диффузору ТРД относится не только сам внут­ ренний канал, по которому воздух подается к двигателю, 'но и при­ мыкающая к «ему входная часть — заборник воздуха. Заборник дол-

Ф и г. 3. Схема входного дозвукового диффузора турбореак­ тивного двигателя

жен иметь плавное очертание входных кромок, что необходимо для предотвращения срыва потока на входе. Общий вид входного дозву­ кового диффузора ТРД представлен на фиг. 3.

Внутренний канал у таких диффузоров является расширяющим­ ся. При движении дозвукового потока воздуха по расширяющемуся каналу происходит уменьшение его скорости и увеличение давления. Интенсивность процесса торможения определяется степенью измене­

11

ния площади канала. Чем значительнее увеличивается площадь ка­ нала, тем интенсивнее должен быть процесс торможения. Однако на практике приходится ограничивать целесообразную степень торможе­ ния потока в целях осуществления процесса с высоким к.п.д.

Если расширение канала слишком велико или канал имеет рез­ кие повороты и изгибы, поток может оторваться от стенок. Отрыв обусловлен в основном влиянием вязкости, которая уменьшает ско-

Ф и г. 4. Влияние угла раствора на течение в дозвуко­ вом диффузоре:

а — течение с отрывом; б — течение без отрыва

рость потока в пограничном слое, образующемся около стенок кана­ ла. В результате этого пограничный слой не обладает достаточной

зываются сравнительно небольшими. Поэтому основной задачей при профилировании дозвуковых диффузоров является предотвращение отрыва потока от стенок. Для этого необходимо добиваться равно­ мерности потока на входе в канал, а также плавного изменения пло­ щади проходных сечений по длине, в особенности в местах поворота.

Существуют теоретические приемы оценки отрыва пограничного слоя от стенок канала. Однако они не учитывают всех реальных осо­ бенностей течения. Поэтому рекомендации по профилированию диф­ фузоров устанавливаются в основном экспериментально. Они сво­ дятся обычно либо к выбору такого профиля канала, при котором степень повышения (градиент) давления по его длине имеет постоян­

12

ное (допустимое) значение, тогда стенки канала получаются криво­ линейными, либо диффузор делается с прямолинейными стенками, а рекомендации относятся к выбору угла его раствора. Для обеспечения безотрывного течения в канале дозвукового диффузора угол его раствора а должен быть не более 8 ч- 12° (фиг. 4,6).

Фиг. 5. Возможные формы поверхности тока на входе в дозвуковой диффузор

Изменение скорости набегающего потока во входном дозвуко­ вом диффузоре начинается обычно еще до входа его в канал.

Форма поверхности тока перед входом воздуха в канал зависит от соотношения скорости полета с0 и скорости во входном отверстии ст. Здесь возможны три характерные режима течения, соответст­

13

внутри диффузора. Наконец, при с0<С свк струйка тока имеет сужаю­ щуюся форму (фиг. 5,в). Ско­

потери при течении и в самом внутреннем канале диффузора из-за

заменена диффузором, который не имеет твердых стенок, а обра­ зован поверхностью тока ОА' (фиг. 6). Поскольку в этом диффузо­ ре нет стенок, то и потери на трение о стенки также отсутствуют.

Может возникнуть сомнение, не уменьшится ли при этом тяга двигателя? Ведь отрезанная часть диффузора не может восприми-

14