Техника вертикального взлета и посадки (Хафер К., Закс Г., 1985 - Техника вертикального взлета и посадки), страница 10

Соотношение между максимальным временем полета на режиме висения и скоростью крейсерского полета для различных силовых установок СВВП 1431. 1 — вертоле ный несущий винт. у — поеоротныи несущий винт: 3 — поворотный винто вой данг тель, Л вЂ” вентилятор, З вЂ” турбореантивный двитетель для взлета и посадки, то следует выбирать силовую установку с большой скоростью струи и соответственно с большими тяговыми нагрузками на единицу площади сечения струи, например подъемный вентилятор, двухконтурный турбореактивный двигатель, а при сверхзвуковых скоростях полета даже одноконтурный турбореактивный двигатель с форсажной камерой сгорания. Эти соотношения иллюстрирует рис. 2,1.4. Для определения времени полета на режиме висения здесь принималось, что запас топлива, расходуемого на этом режиме, составляет 3 ой от взлетного веса.

Ниже будут описаны различные типы силовых установок СВВП и их важнейшие характеристики. иитлтоКЫа.зрь.гн Сл.ювыг установки самолетов вертикального взлета а посадка оо 2.2. ТУРБОРЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ Если в начальный период развития (четверть века назад) техника вертикального взлета и посадки обходилась существовавшими в то время турбореактивными двигателями, то в дальнейшем двигателе- строительной промышленностью был разработан целый ряд специальных силовых установок для СВВП, эффективность которых оказала большое влияние на развитие техники вертикального взлета и посадки.

Обзор разнообразных силовых установок такого назначения имеется, например, в (1 — 3, 10, 13, 18, !9, 31, 34, 41, 44 )и. 2.2.4. Подъемные двигатели Этим термином обозначают турбореактивные двигатели, предназначенные для создания только вертикальной тяги. Требование малого веса и объема таких двигателей сочетается с тем, что они работают кратковременно и при малых скоростных напорах. Поэтому можно существенно упростить конструкцию по сравнению с обычными маршевыми двигателями и, кроме того, широко применять для изготовления первых ступеней компрессора и некоторых частей корпуса такие, например, композиционные материалы, как армированные стекловолокном и углеродным волокном пластмассы. Одноконтурные подъемные двигатели особенно хорошо удовл!етворяют требованиям большого отношения тяги к весу н малого конструктивного объема.

Фирмы «Роллс-Ройс», вДженерал электрик» и другие выполнили ряд интересных разработок на основе двигателей КВ !08 и Л 85 (18!. Как видно из табл. 2.2.1, вес двигателя, отнесенный к тяге, в ходе разработок удалось уменьшить более чем вдвое. К недостаткам одноконтурных двигателей относятся большой удельный расход топлива, высокий уровень шума, эрозия грунта из-за больших скоростей выхлопной струи и очень высокая ее температура, что в свою очередь может привести к трудно разрешимым проблемам вследствие появления теплового и газодинамического эффектов близости земли (см. гл. 5). Разработка двухконтурных подъемных двигателей началась в конце !960-х гг., но до сих пор не вышла из стадии испытаний отдельных элементов и агрегатов.

Применение больших степеней двухконтурности позволяет надеяться на большие преимущества таких двигателей. Удельный расход топлива в двухконтурных двигателях меньше, особенно на режимах с неполной нагрузкой. Уровень шума в двухконтурных двигателях можно намного сни- т) См.

также книги Ф. П. Курочкина, Б. Ф. Павленко и Б. Д. Пономарева, указанные в списке литературы после предисловия.— Прим. рвд. пв пмояьл Глава 2 Таблица 2.2.А Характеристики подъемных двигателей гьириа- нвготевнтель Двигатель «Роллс-Ройс» КВ-!08 1960 12,4 «Роллс-Ройс» Чл 101 С К В-145 КВ-!62-4 ~ «Роллс-Ройс» 7)о 31 «Мираж Ш т'» 1963 15,6 19,9 4,7 ~ 1964 29 12,15 «Дженерал электрик» Х т'-5А Л 85-5 27 ! 16 КВ-162-81 ~ «Роллс-Ройс» ЧАК 19!В 27,2 1966 Х'т'-4В УЛ 85-!9 «Дженерал электрик» !968 28 7,6 13,1 «Аллисон»! «Роллс-Ройс» 1971 20 40,8 ХЛ-99 34 Х1. л95-Т-! ~ «Теледайн» !978 24,0 20 «Роллс-Ройс» К В-202-311) ))о 231 (проект) Разработка заканчиеаетси 2) 15 9,6 ') степень двухнонтурноети -1О.-*) данные нв 1002 г.— прим ред.

зить посредством лучшего профилирования лопаток, воздействия на процессы течения газов в двигателе и прежде всего путем уменьшения скорости выхлопной струи. Проблемы, связанные с эрозией грунта и рециркуляцией горячих газов, также облегчаются из-за уменьшения скорости и температуры выхлопной струи !См. разд. 5.2). Вес и конструктивный объем двухконтурных двигателей с большой степенью двухконтурности !около !О) превышают соответствующие величины для одноконтурных двигателей, несмотря на ими тоХЬ )а зрЬ го Силовгке установки само.мтов вертикального взлета и посадки 57 применение новейших конструкций и материалов.

Ясно, что конструктивные мероприятия, направленные на снижение шума до величины, которая в настоящее время считается допустимой (90 дБ на боковом расстоянии 150 м), неблагоприятно влияют на вес двигателя. На рис. 2.2.1 схематически показаны два одноконтурных подъемных двигателя КВ 108 и КВ 162, неоднократно испытанные на различных самолетах вертикального взлета и посадки, а также не нашедший применения двухконтурный двигатель КВ 202. / 2.2.2. Подъемно-маршевые двигатели Вводные замечания. Двигатели, в которых можно изменять направление вектора тяги, т.

е. можно по желанию использовать их как для поддержания самолета при вертикальном полете, так и для полета с аэродинамической подъемной силой, называют подъемно- маршевыми. При этом с точки зрения механики полета не имеет значения, каким способом Осуществляется поворот вектора тяги. Поворотные двигатели. Наиболее очевидный способ поворота вектора тяги состоит в повороте всего двигателя, как это сделано, например, на самолете»т) 101 С, на котором двигатели ВВ 145 размещены попарно в гондолах [23, 39, 401.

На самолете ЪЗ 101 С эти гондолы установлены на концах крыла и могут синхронно поворачиваться на цапфах с псмсщью гидропривода. На рис. 2.2.2 показана мотогондола самолета Ъ'Д 101 С в горизонтальном (при маршевом полете) и вертикальном (на режиме Висения) полОжеииях. Летчик может установить Гондолу в любом промежуточном положении, включив механизм поворота мото- гондолы.

Интересной особенностью Обладает конструкция воздухозаборника. Выдвигая переднкю часть гондолы, можно обеспечить эффективную работу воздухозаборника, спроектированного для полета со сверхзвуковыми скоростями, также на режиме висения и на переходном режиме (см. гл. 6).

Подобная компоновка позволяет использовать и двигатели с форсажной камерой сгорания, как это с успехсм Осуществлено на самолете Ы 101-Х2, единственном самолете вертикального взлета и посадки, на котором были испытаны такие двигатели. В последних американских проектах также обсуждается описанный способ поворота вектора тяги 134, 351, причем предлагается использовать турбовентиляторные двигатели, расположенные вблизи передней кромки крыла около фюзеляжа (см. также рис. 1.5.2). Подъемно-маршевые двигатели с устройством поворота вектора тяги. В 1963 г. фирмой «Роллс-Ройс» совместно с фирмой «МАНТурбо» разработано устройство поворота вектора тяги, предназначенное для создания вертикальной тяги неподвижно установленными в горизонтальном положении двухконтурными турбореактив- лллмохь ги явгог Р са яраг яй1вв ими.иояЫа.врЬ.ги Рис.

2.2.$. Подъемные двигатели. Рис. 2.2.3. Устройство поворота вектора тяги для двухдвнгательной компоновки (двигатель КВ 158 фирмы тРоллс-ройст). Сгьговые установки самолетов вертикального взлета и насадки 59 ными двигателями. Эти двигатели предназначались для проектировавшегося самолета ЧЛ 101 В, который представлял собой дальнейшее развитие проекта ЪЛ 101 С, разработанного конструкторским объединением «Е%К-Зюд». Силовая установка состоит из двух расположенных рядом в хвосте фюзеляжа двухконтурных маршевых двигателей (рис. 2.2.3) и пяти размещенных друг за другом в передней части фюзеляжа подъемных двигателей КВ!62.

Устройство отклонения вектора тяги снабжено поворачивающейся относительно вертикальной оси заслонкой, которая при вертикальном взлете открывает отверстие, ведущее к сферическому соплу, й одновременно перекрывает течение струи в осевом направлении. Заслонка выполнена в форме чаши, которая в положении, соответствующем маршевому полету, плотно прилегает к стенкам трубы, поэтому потери тяги в горизонтальном полете минимальны. Оба сопла сферической формы, используемые для создания вертикальной тяги, и ведущие к ним коленообразиые патрубки расположены в плоскости х — з связанной с самолетом системы координат, цтобы исключить возникновение момента крена при отказе одного из двигателей на режиме висения.

Смещение двух колено- образных патрубков относительно друг друга в направлении оси самолета (рис. 2.2.3) компенсируется с помощью цилиндрических вставок на двигателе. Особенно трудную проблему при разработке такого устройства представляет собой уплотнение сферического сопла в процессе его поворота.

Поворот вектора тяги от горизонтального до вертикального направления происходит приблизительно за 1,5 с. Поворот соплового насадка на 30' назад требует около 0,3 с. Подробное описание конструкции и результатов испытания двигателя на стенде имеется в работах [37, 47!. В работе [32 ! рассматривается эффективность устройств поворота реактивной струи применительно к силовым установкам СВВП/СКВП.

В последнее вржля американские специалисты также изучали проблему создания устройства для поворота вектора тяги в связи с интересом, проявленным к возможности применения СВВП с большой крейсерской скоростью, базирующихся на авианосцах. В статье [20! сделан обзор различных конструктивных решений устройств поворота вектора тяги, причем не исключалась возможность отклонения реактивной струи после дожигания в форсажной камере. С тех пор как транспортные самолеты были снабжены турбореактивными двигателями, которые в большинстве случаев располагались в гондолах под крылом, обсуждается возможность отклонения реактивной струи двигателя при помощи системы закрылков, размещенных в задней части крыла.