6. Характеристики нерегулируемых сверхзвуковых входных устройств внешнего сжатия.

В условиях боевого полёта СВУ работают на различных режимах, при различных скоростях и высотах полёта, углах атаки и скольжения, а также при разных режимах работы двигателя, определяющих расход воздуха через СВУ.

Зависимости, показывающие как изменяются основные параметры СВУ () при изменении условий сверхзвукового полёта и режима работы двигателя (расхода воздуха), называютсяхарактеристиками СВУ.

Режим течения воздуха в нерегулируемом СВУ определяется углами атаки и скольжения, а также числами М в набегающем потоке и на выходе из СВУ. Последнее однозначно связано с приведенным расходом воздуха через двигатель или с пропорциональным ему параметром. В параметрах подобия характеристики нерегулируемого СВУ представляют в виде:

_вх; ; с_х.вх = f (M_н; q(_в); ; ).

Рассмотрим такие характеристики при расчетном значении угла атаки и отсутствия скольжения. Пусть числа М набегающего потока = const. Тогда зависимости

_вх; ; с_х.вх = f (q(_в) при M_н = const.

называют дроссельной характеристикой СВУ. Она обычно получается в эксперименте на модели СВУ путем изменения положения дросселя на выходе из неё, имитирующего изменение q(_в).

При расчетном режиме работы СВУ, когда q(_в) = q(_в)_р (точки «р» на рис), как уже отмечалось, косые скачки почти доходят до передней кромки обечайки, а непосредственно перед ней располагается головная волна. Коэффициент расхода при этом немного меньше единицы

При открытии дросселя q(_в) увеличивается, а противодавление за СВУ падает. Если на расчетном режиме приведенная скорость в горле была равна _г=1.0, то падение противодавления приводит, как в сопле Лаваля, к разгону потока за горлом и к возникновению ниже сечения «Г-Г» сверхзвуковой зоны. Если же осредненное значение _г на расчетном режиме было несколько меньше единицы (из-за перерасширения горла), то возникновению сверхзвуковой зоны за горлом предшествует разгон потока в горле до _г = 1,0 и связанное с этим приближение головной волны к плоскости входа, чему сопутствует еще большее приближение к единице. Этот режим называетсякритическим (точки л ).

При дальнейшем увеличении скорость потока за горлом становится сверхзвуковой. Но она должна врасширяющемся канале за горлом перейти от сверхзвуковой к дозвуковой. Это происходит в скачке уплотнения. Этот скачок, вследствие взаимодействия его с пограничными слоями у стенок канала, имеет сложную мостообразную форму, но по величине потерь он близок к прямому скачку уплотнения (режим 1 на рис). Режимы работы СВУ при возникновении за горлом сверхзвуковой зоны называются сверхкритическими.

При дальнейшем открытии дросселя протяженность сверхзвуковой зоны и интенсивность замыкающего скачка возрастают. _вх снижается, в основном, за счет увеличения потерь полного давления в этом скачке. Картина течения вверх по потоку от горла в рассматриваемом случае не изменяется, и, следовательно, коэффициенты  и с_х.вх остаются неизменными. Неизменным остается также и расход воздуха.

Неизменность расхода воздуха при переходе от одного сверхкритического режима к другому соответствует (при ) условию, т.е. (при)_вх q(_в) = const. Это означает, что зависимость _вх от q(_в) в области сверхкритических режимов в рассматриваемых координатах является гиперболой, как показано на рис. 10.10, а (участок к-з).

Если далее, наоборот, прикрывать дроссель (уменьшать q(_в)), то скачок  под действием повышающегося противодавления будет перемещаться против потока. При q(_в) = q(_в)_кр (точки к на рис. 10.10) он исчезает. При дальнейшем дросселировании, поскольку течение во внутреннем канале всюду становится дозвуковым, повышение противодавления будет распространяться на всю дозвуковую область течения, что приведет к перемещению головной волны против потока (режимы.3 и 4). Режимы течения при q(_в) < q(_в)_кр называют докритическими.

Перемещение головной волны против потока вызывает растекание воздуха перед плоскостью входа (за счет искривления струек тока в дозвуковом течении за головной волной). Это приводит к уменьшению расхода воздуха (снижению ) и повышению с_х.вх. с_х.вх возрастает, в основном, из-за увеличения дополнительного сопротивления.

На докритических режимах коэффициент _вх = _m_тр при уменьшении q(_в) (левее точки «к») вначале немного возрастает за счет уменьшения потерь на трение, так как расход воздуха и скорость потока в канале уменьшаются. При более глубоком дросселировании начинает снижаться коэффициент _m, так как головная волна разрушает систему скачков. Взаимная компенсация этих факторов приводит, как правило, к появлению почти горизонтального (весьма пологого) участка на кривой, выражающей зависимость _вх от q(_в) (между режимами 3 и 4). Затем может проявиться преимущественное влияние снижения коэффициента _m, что приведет к уменьшению _вх.

Но еще до значительного снижения _вх обычно возникает неустойчивая работа СВУ – помпаж. На глубоких сверхкритических режимах возникает другая форма неустойчивой работы СВУ, именуемая “зудом”. Режимы помпажа и зуда ограничивают дроссельную характеристику СВУ слева (точки «Г») и справа (точки «з»). Природа возникновения этих явлений мы рассмотрим сегодня позднее.

На практике широко используется еще и другой способ изображения дроссельных характеристик: коэффициенты _вх и с_х.вх представляют в функции от коэффициента расхода , как показано на рисунке.

Для заданного значения M_н зависимость _вх=f() состоит из вертикального и пологого участков. Вертикальный участок от точки «з» (“зуд”) до точки «к» (критический режим) соответствует сверхкритическим режимам, на которых =_max=const. Пологий участок от точки «к» до точки «Г» (граница помпажа), на котором достигается _вх.max, относится к докритическим режимам.

Мы рассмотрели дроссельную характеристику при M_н=M_р. При M_н<M_р дроссельные характеристики нерегулируемого СВУ в координатах _вх=f() смещаются влево (снижаются значения _max) и вверх (повышаются значения _вх.max). В том же направлении смещаются зависимости с_х.вх=f(). Увеличивается также протяженность пологих участков характеристик.

При M_н<M_р углы наклона косых скачков увеличиваются и площадь F_Н становится меньше площади F_вх. Это означает, что пропускная способность системы косых скачков при уменьшении числа M_н снижается и коэффициент расхода  уменьшается. Уменьшение  ведет к возрастанию с_х.доп. Коэффициент _вх.max при M_н<M_р возрастает в результате увеличения коэффициента _m. Это объясняется тем, что при меньших скоростях движения воздуха, обтекающего поверхность торможения, уменьшается интенсивность скачков уплотнения и снижаются потери в них. Коэффициент _тр изменяется в этих условиях мало, поэтому _вх=_тр_m увеличивается.