Оценка влияния натурных струй врд на характеристики струй при модельных исследованиях

Реактивные струи ВРД отличаются от струй холодного воздуха, с которым проводятся массовые исследования тяговых характеристик сопл в АДТ, по своим размерам, толщине пограничного слоя во внутреннем канале перед соплами _с и на внешней поверхности сопла _н, температуре струи Т_ос, показателю адиабаты k_с, числу Re, фоновых значений турбулентных пульсаций . Специальные расчётные исследования позволили разработать алгоритм пересчёта результатов модельных исследований в АДТ на натуру.

Толщина пограничного слоя в сопле зависит от конструктивных особенностей предшествующего соплу каналу и может отличаться в АДТ и на натуре достаточно заметно. Это отличие учитывается осреднением потока перед соплом, которое в значительной степени уменьшает это отличие.

Менее всего поток при осреднении искажается, если полное давление осредняется по расходу

полная температура по теплосодержанию

где I_о - полное теплосодержание потока.

Поле температур в потоке не вносит каких-то изменений в поле приведенных скоростей V=U/a_k, решением интегралов которых является тяга, коэффициент тяги, потери тяги. Так что для контурных потерь не требуется каких-то корректив на реальную температуру потока. Температура влияла на теплопередачу в пограничном слое, на сопротивление трения, которые обратно пропорциональны температурному фактору (отношению температуры поверхности к полной температуре струи).

Удовлетворительную точность при минимуме входных данных дает эмпирическая поправка, определяемая по формуле

, где

Y_m, Y_n  потери импульса сопла при модельных исследованиях и натурных исследованиях;

F_sc - поверхность сверхзвуковой части сопла.

Показатель адиабаты k_c в продуктах сгорания ВРД требует более сложного алгоритма учёта. При отличии показателя адиабаты в натурной струе k_с от показателя адиабаты в воздухе (k_с=1,4), при одном и том же , изменяется относительное статическое давление в потоке , изменяется расчётная площадь среза сопла, изменяются потери тяги на нерасчётность. Но как показали исследования, сам уровень потерь тяги мало зависит от показателя k_с. И тогда, используя в формулах расчёта потерь тяги на нерасчётность измеренные потери тяги на расчётном режиме, получаем

где  коэффициент тяги натурного сопла;

 коэффициент импульса модельного сопла;

k_сn - показатель адиабаты натурного сопла;

V_cn - средняя приведенная скорость на срезе натурного сопла из соотношения

V_cn(k_cn, F_/F_c);

V_c - средняя приведенная скорость на срезе натурного сопла из соотношения

.

Газовая постоянная пренебрежимо мало зависит от натурных параметров потока и её влиянием пренебрегают.

Фон турбулентных пульсаций в горячих струях ВРД обычно в 510 раз выше, чем в холодных при модельных исследованиях. Это влияет, главным образом, на интенсивность развития пограничных слоев и особенно пограничного слоя на свободной границе струи в эжекторных соплах и на струйных границах внешних срывных зон. Более интенсивно развивающийся пограничный слой - более интенсивно «отсасывает» пограничный слой, понижая давление в нём, но одновременно происходит повышение давления в зонах из-за уменьшения показателя адиабаты. Имея обратные значения, влияние турбулентных пульсаций и повышение показателя адиабаты взаимно компенсируются и суммарный эффект оказывается незначительным и уточняется при сдаточных испытаниях.

Изменение толщины пограничного слоя во внешнем потоке обычно оказывается незначительным, когда начало отрывного режима достаточно удалено от среза сопла. Но когда отрывной режим располагается вблизи среза сопла, то его влияние может оказаться значительным (отмечен случай, когда при увеличении пограничного слоя в 1.6 раза потери тяги на одной и той же модели увеличились на ~2%). Удовлетворительного простого алгоритма поправок на толщину пограничного слоя найти пока не удалось.

Для повышения точности и надежности измерений на стендах системы регистрации давлений, сил и температур дублированы и объединены в две независимые системы. Обработка материала в системах ведется по алгоритмам со своими осредненными коэффициентами и результаты раздельно выводятся на печать. Периодически проводятся проверочные тарировки измерений. Перед началом и в конце серии испытаний проводятся динамические тарировки - испытания калибровочных сопл с известными коэффициентами расхода импульса и тяги. Цель испытаний - обратным пересчётом определить уход коэффициентов, учитывающих работу уплотнений, внешних зазоров, крепления весов и т. п. Система признается работоспособной, если измеренные коэффициенты калибровочных сопл находятся в пределах средневероятного коридора ошибок.

После выполнения программы исследований, полученные результаты сравниваются с ранее проведенными исследованиями близких схем сопл и компоновок. Для этого разработан комплекс специальных программ «NOZZLE», включающий в себя около 50-ти программ расчёта как внутренних характеристик, используемых на ВРД сопл, так и внешнего сопротивления различных самолётных компоновок в присутствии реактивных струй. Программы используют, главным образом, разного рода эмпирические соотношения. Комплекс может быть использован и для предварительных оценок компоновок сопл, оптимизации миделя сопла, его типа и контура, схемы регулирования с учётом средневероятного профиля полёта.