4._._. Выбор типа воздухозаборника и сопла

Особую проблему при формировании схемы силовой установки проектируемого самолета представляет собой выбор типа используемых воздухозаборника и сопла.

Воздухозаборник и сопло как неотъемлемые части силовой установки требуют непрестанного внимания проектировщиков, поскольку эффективная работа этих элементов обеспечивает реализацию потенциала любого двигателя.

Воздухозаборник должен обеспечивать величины полного давления не ниже заданного стандартом уровня, а также нормированные значения показателей неравномерности потока на входе в двигатель. Сочетание сопла и хвостовой части должно обеспечивать безотрывное внешнее обтекание при высокой тяговой эффективности собственно сопла.

Воздухозаборник

Первым вопросом, который необходимо решать конструктору, проектирующему силовую установку сверхзвукового самолета, является вопрос о применении регулируемого или нерегулируемого воздухозаборника.

Для нерегулируемых ВЗ сверхзвуковых самолетов с одноконтурными ТРД (или ТРДД с малой степенью двухконтурности) режим согласования на сверхзвуковых скоростях реализуется при перепуске большого количества воздуха в замыкающем скачке уплотнения перед плоскостью входа (докритический режим работы ВЗ). Это сопряжено с большим внешним волновым сопротивлением.

Поскольку с увеличением сверхзвуковой скорости полета для нерегулируемого ВЗ растут потери полного давления  в замыкающем прямом скачке (и растет доля, которую составляют эти потери в суммарном значении потерь) величина коэффициента  при числах М>1,3 … 1,5 резко уменьшается (рис.1-06). Это обстоятельство требует, как правило, использования для самолетов, летающих с большими скоростями, применения регулируемых ВЗ.

В случае принятия решения об использовании регулируемого ВЗ, встает вопрос о выборе его типа. На рис.1-05 приведены типовые зависимости от числа М полета коэффициента восстановления полного давления  для регулируемых ВЗ внешнего и смешанного сжатия. Они реализуются, как правило, при следующих условиях:

• при крейсерском угле атаки самолета и нулевом угле скольжения;

• обеспечен слив пограничного слоя, накопившегося перед ВЗ;

• обеспечен слив пограничного слоя, накопившегося на поверхностях самого ВЗ;

• на вход ВЗ не попадают возмущения, ухудшающие его характеристики (скачки уплотнения, вихревые следы и т.п.);

• обеспечено регулирование ВЗ во всем диапазоне чисел М;

• ВЗ оборудован механизацией, обеспечивающей его эффективную работу в условиях старта.

На том же рисунке приведены значения коэффициента расхода отсасываемого (сливаемого, перепускаемого) воздуха , при которых реализуется показанный уровень коэффициента .

Картина обтекания изолированного воздухозаборника имеет трехмерный характер и зависит от множества параметров. В условиях компоновки современного самолета интегральной схемы эта картина существенно усложняется.

Вариант размещения ВЗ выбирается проектировщиками с учетом комплекса требований, предъявляемых к самолету и с учетом взаимовлияний планера на характеристики ВЗ и влияния режимов работы ВЗ на аэродинамические характеристики планера.

На рис.1-07 представлены некоторые типовые варианты компоновок сверхзвуковых воздухозаборников на самолетах.

Воздухозаборники могут быть нерегулируемыми и регулируемыми с использованием для регулирования профилированных конусов и клиньев. Регулируемые ВЗ как правило выполняются осесимметричными, плоскими или полукруглыми. Наибольшими возможностями для регулирования обладают плоские ВЗ. Для нерегулируемых ВЗ успешно могут быть использованы ВЗ различной пространственной формы.

Одной из важных характеристик, влияющих на выбор варианта ВЗ и его расположения на самолете, является зависимость коэффициента восстановления полного давления от угла атаки самолета. На рис.1-08 представлены подобные зависимости для некоторых из вариантов ВЗ и их компоновок на самолете. Анализ представленных зависимостей показывает, что воздухозаборник, размещенный под крылом ,имеет лучшие характеристики, чем расположенный над крылом, а воздухозаборник с горизонтальным расположением клина торможения предпочтительнее заборника с вертикальным клином.

При интеграции воздухозаборника и планера следует исключать опасность попадания на вход ВЗ на основных режимах полета самолета вихревых следов от элементов планера и различных надстроек.

Рис.1-09 дает представление о возможном влиянии на коэффициент восстановления полного давления вихревых следов от бортовых приемников воздушного давления и обтекателей каких-либо приборов.

Рис.1-06. Зависимость коэффициента восстановления полного давления для нерегулируемых ВЗ: 1- типовая зависимость для регулируемых ВЗ; 2- для нерегулируемых ВЗ [2]

Рис.1-05. Типовые (стандартные) зависимости коэффициентов восстановления полного давления  и расхода отсасываемого (сливаемого) воздуха fотс : 1- ВЗ внешнего сжатия; 2- ВЗ смешанного сжатия [2]

Рис.1-07. Схемы компоновок воздухозаборников на самолете [2]

Рис.1-08. Зависимость коэффициента восстановления полного давления от угла атаки самолета [2]

Рис.1-09. Влияние на дроссельную характеристику ВЗ вихревых следов, идущих с впереди расположенных элементов планера [2]