Метрология / Том 2. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок / 9-6-Reversivnyje_ustrojstva

Рисунок 9.49 – Смеситель с блокированием «видимости» лопаток турбины 1 – криволинейные патрубки;

2 – каналы наружного контура

9.6 - Реверсивные устройства

Реверсивные устройства (РУ) – это ВУ, создающие обратную тягу за счет поворота потока рабочего тела в направлении «по полету»(Здесь рассматривается реверсирование тяги только в ВУ)

èслужащие, в основном, «аэродинамическими тормозами», используемыми на обледенелой

èмокрой взлетно-посадочной полосе (ВПП), а также для сокращения пробега при посадке и прерванном взлете, для быстрого снижения в случае разгерметизации кабины, для повышения маневренности военных самолетов. РУ могут быть отнесены к ВУ с УВТ, но если последние управляют вектором тяги в некотором диапазоне, то РУ – только в двух положениях: «Прямая тяга» и «Обратная тяга».

Кроме того, РУ – достаточно самостоятельный, широко применяемый класс ВУ, что приводит к целесообразности рассматривать их отдельно.

Существует большое количество конструкций РУ, но функционально можно выделить два типа:

-реверсивные устройства, в которых разворот

èнаправление потока выполняется до его разгона в сопле. Их можно классифицировать как РУ давления. В таких РУ перекрытие входа в сопло осу-

ществляется створками, на которых происходит разворот потока, дальнейшее его отклонение в необходимом направлении выполняется или решетками (см. Рис. 9.1), или дополнительными створками (см. Рис. 9.53);

-реверсивные устройства, в которых разворот

èнаправление потока выполняется после разгона его в сопле. Их можно классифицировать как РУ скорости. В таких РУ перекрытие осевого выхода, разворот и направление потока осуществляется за соплом створками – ковшами (см. Рис. 9.52).

В РУ давления (РУ решетчатого или створча- того типа) производится реверсирование или общего потока (после смешения потоков обоих контуров), или (при степенях двухконтурности больше 5) только потока наружного контура. В последнем случае на двигателях с раздельным истечением потоков контуров может реверсироваться и внутренний контур или на него устанавливается нейтрализатор прямой тяги (спойлер). На двигателях со смешением потоков контуров из-за перерасширения в общем сопле потока внутреннего контура на режиме реверсирования прямая тяга внутреннего контура значительно уменьшается, поэтому специальных мер по ее нейтрализации не принимают.

Схемы РУ решетчатого и ковшового типов представлены на Рис. 9.50.

При выборе РУ для конкретного двигателя необходимо учитывать предъявляемые к нему аэродинамические и конструктивные требования:

-характеристики РУ (величина обратной тяги, прямой тяги, коэффициент реверсирования, коэффициент расхода);

-потери тяги на крейсерском режиме, вклю- чая изменение внешнего сопротивления гондолы;

-область эксплуатационных режимов самого РУ, включая выбор момента его включения и времени и степени дросселирования двигателя на режиме обратной тяги при пробеге самолета по ВПП с целью предотвращения попадания струи на вход двигателя, засасывания вихрей и посторонних предметов;

-влияние реверсивной струи на аэродинами- ческие свойства самолета: его устойчивость и управляемость, значение силы сопротивления при движении самолета на земле, отказ и непроизвольное включение реверсивного устройства;

-силовые и температурные нагрузки на двигатель и на самолет, нестационарные нагрузки на различные элементы самолета;

-место подвески двигателя на самолете: при близком расположении от фюзеляжа или ВПП появляется необходимость укорачивания створок (РУ ковшового типа), что может оказать существенное

влияние на коэффициент реверсирования; - масса РУ: створки РУ ковшового типа, при

расположении их за срезом сопла, могут оказаться достаточно громоздкими и, следовательно, тяжелыми, кроме этого, для управления такими створками необходим механизм повышенной прочности, что также увеличивает массу.

Эффективность реверсивного устройства определяется коэффициентом реверсирования: тяги наружного контура, если РУ располагается в наружном контуре или тяги двигателя, если РУ располагается за срезом выходного устройства. Коэффициент реверсирования является отношением обратной тяги к прямой:

(9.12)

ãäå RÎÁÐ - обратная тяга, создаваемая РУ;

RÈÄ - прямая тяга, определенная на реверсивном режиме работы двигателя.

Обратная тяга, создаваемая реверсивным устройством, определяется:

(9.13)

ãäå GÊ, Ò*Ê - расход и поная температура воздуха

a- угол выхода реверсивной струи по отношению к оси двигателя;

ãäå R – газовая постоянная;

g = 9,81 ì/ñ2 – ускорение свободного падения; k – показатель адиабаты (при k = 1,4 a = 18,3 - для воздуха; при k = 1,33 a = 18,1 - для газа). Величина утечек Góò из канала, в котором расположено РУ, и скорость потока λ ðó на выходе определяются экспериментально, по результатам ис-

пытаний моделей РУ или натурных двигателей. Прямая тяга Rèä определяется по тем же пара-

метрам, что и обратная тяга при условии полного расширения газа в канале:

(9.14),

ного более, коэффициент реверсирования РУ решетчатого типа может достигать значения , при этом коэффициент реверсирования двигателя (без нейтрализации тяги внутреннего контура) достигает величины 0,24…0,28. Реверсивное устройство ковшового типа эффективнее применять в случае, когда не требуется большая величина обратной тяги (соответственно не требуется большой коэффициент реверсирования), РУ решетчатого типа – когда требуемая величина обратной тяги значительна.

Эффективность использования реверсивного устройства зависит от величины создаваемой им обратной тяги. Как видно из формулы (9.13) вели- чина обратной тяги прямо пропорциональна углу выхода реверсивной струи относительно оси двигателя: чем меньше угол выхода струи из РУ, тем больше величина обратной тяги. Однако, при этом следует учитывать:

-потоки газа, направленные в сторону фюзеляжа самолета, будут нагревать и деформировать его поверхность;

-потоки газа, направленные к поверхности ВПП, будут «подметать» ее, перемещая мелкие твердые предметы вперед к воздухозаборнику;

-потоки газа, выходящие под малым углом

êповерхности мотогондолы, могут «прилипнуть»

êней и попасть на вход воздухозаборника, нарушая устойчивую работу двигателя;

-при установке пары двигателей на небольшом расстоянии друг от друга при включении РУ реверсивные струи могут попасть на вход соседнего двигателя.

Минимальная величина (практически 50 градусов) угла выхода реверсивной струи ограничи- вается эффектом прилипания реверсируемого потока к мотогондоле. В качестве мероприятия по предотвращению прилипания реверсивной струи

êмотогондоле может быть использована установка вертикальной стенки или специально подобранного обтекателя вдоль передней границы реверсивной струи.

Попадание на вход в двигатель реверсивной струи и посторонних предметов с ВПП в большой степени зависит также от соотношения скорости движения самолета (скорости сносящего реверсивную струю набегающего потока) и скорости ревер-

сивной струи (зависящей от режима работы двигателя), а также направления реверсивных струй относительно вертикальной плоскости двигателя. Опыт эксплуатации РУ показал, что максимальная обратная тяга может быть использована до скоростей пробега не менее 100 км/ч. На меньших скоростях мощность набегающего потока становится недостаточной для сноса реверсивной струи и реверсивная струя достигает входа в двигатель.

Уменьшение массы воздуха, имеющего возможность после отражения от ВПП попасть на вход в двигатель, достигается разводкой струй в радиальном направлении, что выполняется с помощью установки оси симметрии РУ под некоторым углом относительно вертикальной оси двигателя или (в РУ решетчатого типа) дополнительного разво-

рота лопаток в поперечной плоскости двигателя (см. Рис. 9.51). При осесимметричном выходе потока из РУ не образуется неуравновешенных дополнительных нагрузок на двигатель при включе- нии РУ. При несимметричной разводке появляются вертикальная, боковая или обе нагрузки на двигатель.

Разводку струй на РУ ковшового типа можно осуществить за счет увеличения количества отклоняющих створок (больше двух) и их расположения.

Необходимо учитывать, что все мероприятия по предотвращению попадания на вход в двигатель реверсивных струй и посторонних предметов, кроме ограничения по скорости, приводят к уменьшению величины обратной тяги.

9.6.1 - Реверсивные устройства ковшового типа

Пример конструкции РУ ковшового типа приведен на Рис. 9.52.

РУ ковшового типа смонтировано на двух силовых балках 1, закрепленных на корпусах 2, 3 и сопле 4. В балках установлены гидроцилиндры, связанные с гидросистемой самолета. Гидроцилиндры поворачивают створки 5 за передние рычаги 6. Створки 5 вместе с передними рычагами 6, задними рычагами 7 и балками 1 представляют собой четырехзвенники. На режиме «Прямая тяга» створки 5 устанавливаются над корпусом 3 и соплом 4 за противопожарной перегородкой 7 и являются продолжением мотогондолы самолета. Рычаги закрываются обтекателями 8. Противопожарная перегородка 7 служит для предотвращения попадания горячих газов в подкапотное пространство на режиме реверсирования. В конструкцию РУ дополнительно входят устройства, обеспечивающие включение РУ только на режиме «Малый газ», а также предотвращающие несанкционированную перекладку створок в положение «Обратная тяга».

9.6.2 - Реверсивные устройства створчатого типа

Пример реверсивного устройства створчатого типа в наружном контуре в положении обратной тяги представлен на Рис. 9.53.

Створки 1 одновременно выполняют роль элементов, перекрывающих канал наружного контура и отклоняющих струю воздуха в нужном направлении, и выполнены в виде жесткой коробчатой конструкции. Верхняя поверхность створок в закрытом положении образует обтекаемую поверхность мотогондолы, а внутренняя поверхность образует стенку канала наружного контура.

Рисунок 9.52 – РУ ковшового типа двигателя Д-30КУ в положении «Обратная тяга» 1 – балка силовая; 2, 3 – корпус;

4 – сопло; 5 – створки; 6 – рычаги передние; 7 – рычаги задние; 8 – обтекатель; 9 – противопожарная перегородка

Рисунок 9.53 – Реверсивное устройство створча- того типа (разработчик – Hispano SUIZA)

1 – створка; 2 – гидроцилиндр;

3 – уплотнение створки; 4 – силовое кольцо; 5 – стойки; 6 – лючки

367

ГТД устройства Выходные - 9 Глава

Рисунок 9.56 – Реверсивное устройство решетчатого типа в положении «Прямая тяга» 20 – гидроцилиндр; 21 – дренажный бак; 25 – фланец; 28 – кронштейн; 29 – створка большая; 30 – створка малая; 33 – уплотнение; 35 – кронштейн