ВОЕННО-ВОЗДУШНАЯ АКАДЕМИЯ

Имени профессора н.Е. Жуковского и ю.А. Гагарина

кафедра АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (№ 34)

(полное наименование кафедры)

УТВЕРЖДАЮ

Начальник кафедры № 34

полковник М. Немичев

« » 2010 г.

дисциплина:

ТЕОРИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

(полное наименование дисциплины)

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ Эксплуатация самолетов, вертолетов и авиационных двигателей.

КАФЕДРАЛЬНЫЙ ТЕКСТ ЛЕКЦИИ

РАЗДЕЛ 1. Параметры и характеристики элементов

авиационных силовых установок

Лекция № 20

Входные устройства авиационных силовых установок

Обсуждено на заседании ПМК

«____»_______________2010 г.

протокол № ___

г. Москва

УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ:

1. Усвоить принципы организации рабочего процесса сверхзвукового входного устройства внешнего сжатия.

2. Ознакомиться с характеристиками сверхзвуковых входных устройств внешнего сжатия и условиями их совместной работы с двигателем.

Время: 2 часа

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

Тема №11. Входные устройства авиационных силовых установок (продолжение).
4.	Организация рабочего процесса в сверхзвуковых входных устройствах внешнего сжатия	30 мин.
5.	Внешнее сопротивление сверхзвуковых входных устройств	15 мин.
6	Характеристики нерегулируемых сверхзвуковых входных устройств внешнего сжатия	30 мин.
7	Режимы совместной работы нерегулируемого СВУ и двигателя	15 мин.

УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

Литература:

1. Теория авиационных двигателей. Часть 1. Под ред. Ю.Н. Нечаева. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 2006., стр. 273-289.

4. Организация рабочего процесса в сверхзвуковых входных устройствах (сву)

внешнего сжатия

Применяемые на сверхзвуковых самолетах многоскачковые СВУ внешнего сжатия рассчитываются на число M полета, близкое к M_max полета самолета, обозначаемое M_р. Схема плоского СВУ с указанием основных геометрических параметров представлена на рисунке. На схеме обозначены:

F_вх – площадь сечения плоскости входа (габаритная);

F_в – площадь выходного сечения, равная площади входа в компрессор двигателя;

F_м – площадь миделевого сечения;

F_г – площадь минимального сечения внутреннего канала, именуемого «горлом»;

₁, ₂, ₃, … - углы установки отдельных панелей поверхности торможения;

_=- суммарный угол наклона поверхности торможения;

_об.вн, _об.нар - внутренний и наружный углы установки обечайки.

Схема и основные геометрические параметры СВУ

На поверхности торможения образуются косые скачки. Их интенсивность тем больше, чем больше углы ₁, ₂, _3.

Реальная (а) и расчетная (б) схемы

течения в СВУ внешнего сжатия

В расчетах реальную схему течения заменяют упрощенной. Косые скачки уплотнения фокусируются у передней кромки обечайки, а замыкающий прямой скачок располагается непосредственно на входе во внутренний канал. При этом обеспечивается дозвуковое втекание воздуха во внутренний канал. В этой схеме на расчетном режиме =1.

При реальном течении воздуха на расчетном режиме обычно осуществляют некоторую расфокусировку косых скачков уплотнения. Это нужно, чтобы замыкающий прямой скачек (головная волна) не разрушал их в непосредственной близости перед обечайкой. Это приводит к небольшому снижению  по сравнению  = 1 и незначительному увеличению с_х.вх, но способствует повышению устойчивости СВУ.

В системе, состоящей из m косых и замыкающего прямого скачка, коэффициент восстановления полного давления _m определяется как произведение _m=_п, где_п – коэффициент  в прямом, а _i – в i-том косом скачке. Установлено, что максимум _m достигается при равной интенсивности всех скачков уплотнения.

Чем выше M_н, тем выгоднее иметь большое число скачков для получения _m.max. Но увеличение числа косых скачков усложняет конструкцию ВУ и увеличивает его длину и массу. Поэтому практически при M_р=2,0…3,0 используют поверхности торможения с двумя-тремя косыми скачками.

_m.max обеспечивается подбором углов установки панели, при этом _опт весьма велики, для существующих ЛА для плоских СВУ они достигают 25…35.

В реальных условиях на поверхности торможения и на стенках внутреннего канала образуется пограничный слой. Из-за положительного градиента давления он нарастает по длине панелей и утолщается в местах взаимодействия со скачками уплотнения.

На практике выбирают углы _ меньшими _опт. Это снижает градиент давления вдоль поверхности торможения, чем достигается уменьшение нарастания пограничного слоя и предотвращение его отрыва.

Торможение сверхзвукового потока в косых скачках уплотнения связано с его односторонним отклонением от осевого направления. Во внутреннем канале этот дозвуковой поток нужно развернуть в обратном направлении на тот же угол. При этом вблизи «горла» может возникнуть отрыв потока у выпуклой поверхности внутреннего канала. Уменьшение угла _ по сравнению с _опт способствует сокращению размеров зоны отрыва потока в области горла.

Но снижение интенсивности косых скачков повышает интенсивность замыкающего прямого скачка.

Для определения коэффициента _вх СВУ помимо потерь полного давления в системе скачков (_m), нужно учесть еще потери, обусловленные влиянием трения и наличием зон отрыва. Для этой цели вводится эмпирический коэффициент _тр, который на расчетном режиме равен обычно 0,92 … 0,95 Тогда

_вх=_тр_m

Если значение на расчетном режиме определено, то потребная величина площади входа может быть определена из уравнения неразрывности для сечений «Н-Н» и «в-в», согласно которому

.

Принимая во внимание, что на расчетном режиме (когда )F_Н=F_вх, а также учитывая, что =, а/=_вх, получим

.

Углы поднутрения обечайки и ее длина выбираются у СВУ с дозвуковым течением на входе минимально возможными из условия плавного втекания воздуха, отклоненного при торможении в скачках уплотнения, во внутренний канал, и безотрывного обтекания внешней поверхности обечайки. У выполненных СВУ значения углов _об.вн составляют 5…10.

Для уменьшения неравномерности и нестационарностьи потока на выходе из СВУ форму внутреннего канала выбирают таким образом, чтобы свести к минимуму вредное влияние зоны отрыва потока в области горла. Для этого внутренний канал от плоскости входа до горла делают слегка сужающимся (чтобы за счет конфузорности течении уменьшить толщину пограничного слоя и выровнять поток), за горлом предусматривают участок с неизменной площадью проходного сечения, который переходит в дозвуковой диффузор с небольшим постепенно увеличивающимся углом раствора.

Площадь горла F_г выбирается таким образом, чтобы обеспечить максимальную конфузорность потока. Теоретически для этого скорость потока в горле надо увеличить до скорости звука. Такую площадь горла называют оптимальной и обозначают F_г.опт. Её величина на расчетном режиме также может быть определена из уравнения неразрывности для сечений «Н-Н» и « Г-Г», из которого получим (при )

Но практически из-за наличия пограничного слоя и неравномерности потока горло с такой площадью не сможет пропустить через себя весь поток, прошедший через сечение «вх-вх» при . Поэтому реально площадь горла приходится выбирать несколько большей, т.е. принимать

,

где k_г=1,05…1,15 – так называемый коэффициент перерасширения горла.

К другим мерам по предотвращению вредного влияния пограничного слоя относятся: отсос пограничного слоя через перфорацию с поверхности торможения; слив пограничного слоя через специальную щель в области горла; тангенциальный вдув сжатого воздуха в местах возможного отрыва потока; установка в канале за горлом турбулизаторов (генераторов вихрей). Эти меры способствуют уменьшению размеров зоны отрыва потока и тем самым снижают внутренние потери в канале, а также обеспечивают получение более однородного течения на выходе из ВУ.