Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Правильный учет, взаимовлияния может привести к значительному сокращению диапазона регулирования элементов входных устройств при одновременном выполнении требований, предъявляемых к использованию подьемной силы входного устройства. Процесс торможения потока в реальном входном устройстве сопровождается необратимыми потерями. Качество процесса торможения потока во входном устройстве принято характеризовать коэффициентом сохранения полного давления о,, равным отношению давления торможения на выходе из входного устройства к давлению торможения в невозмущенном потоке вх = Рв~Рв = Ра|Рн ~1 + о Мй~ = Ра(Рм~та(Мп) = Рв!Ра1~( в) (3.1) где тт (Л,) = и (М,) — газодинамическая функция.
Если кинетическая энергия набегающего потока теряется полностью, то Р," = р„, и коэффициент сохранения полного давления о = тс (М ) = тс (Л,„). Если же потери 'кинетической энерния о„— тс гни отсутствуют, то р," = Р„' и о,„= 1. На различных режимах работы входного устройства через него протекает поток, расход которого оценивается коэффициентом р= Р/Рвн, (3.2) где Рн — площадь сечения струи в невозмущенном потоке, расход воздуха через которую равен расходу воздуха, прошедшего через входное устройство; Є— геометрическая площадь входного устройства.
Коэффициент расхода представляет собой отношение действительного расхода рабочего тела через силовую установку 6 = = р„тт Рн к расходу, определенному по геометрической площади входного устройства и параметрам в невозмущенном поКоэффициент внешнего сопротивления входного устроиства с = 2Х /(ра1/йр), (3.3) где Х, — внешнее сопротивление входного устройства; р„, У значение плот отности и скорости воздуха в невозмущенной среде; Р характерная площадь. ее сопротивление входного устройства слагается из Внешнее — . В некото ых т ЕХ СОСтаВЛИЮщИХ: Хвх = Хпоп+ Хрен + Хтрв*.
Р сл чаях Х„, может существенно превысить сумму других со' ставляющих. . В связи с этим иногда используется коэффициент 8! дополнительного сопротивления с» = 2Хд,„/(р„УзР). В качестве характерной площади принимается площадь миделя входного устройства Р„1б или площадь Р„. 3.2. ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДОЗВУКОВЫХ И НЕБОЛЬШИХ СВЕРХЗВУКОВЫ Х СКОРОСТЕЙ ПОЛЕТА Работа дозвукового входного устройства на дозвуковых скоростях Входное устройство, представляющее собой расширяющийся канал, должно хорошо работать в диапазоне значений М о от 0 до 0,7 ...
0,95. Реальные входные устройства имеют скругленные входные кромки для устранения срыва потока при работе на различных скоростях полета. Схемы обтекания реального входного устройства при различных значениях отношения с„/У„ показаны на рис. 3.2. Как известно из курса газовой динамики, наилучшим условием работы входного устройства является режим, при котором сех ж 0,51'„. В этих условиях перед входом реализуется сжатие, при котором в потоке повышается давление на 75 % от общего.
Однако сильное сжатие потока перед входным устройством приведет к большим углам притекания воздуха к кромке обечайки, что способствует сильному ускорению потока на внешней поверхности входного устройства и может вызвать либо срыв потока, либо образование местных сверхзвуковых зон. И то и другое способствует увеличению внешнега сопротивления. На входе в силовую установку с ТРД поле скоростей должно быть достаточно равномерным и иметь среднее значение, соответствующее М, ж 0,5. Это условие с учетом оптимального значения с, приведет к необходимости создания канала с уменьшаю- Рис.
3.2. Схема обтекания дозвукового входного устройства при различных режимах работы: а — у =о; б — у <г и ' и вх' в — И =г;г — у )г в вх' и вх гг„ "и л 32 рис. 3.3. Влияние формы наружной обечайии (а) и формы канала (б) дозвукового входного устройства на равномерность поля скоростей в выходном сечении (по Д. Кюхеману и И. Вебер); Уп — О, сах =- 1!б м/с; е и з— гвхггв =. ),О; 3 Р~~)Р~ .=. 0,8; а— л йб йа (Р~ РР чб чб Рл Р Рл Р а) Р) щейся, постоянной или даже увеличивающейся скоростью на участке от входного сечения до входа в компрессор (в зависимости от величины скорости полета и режима работы двигателя).
При коротком входном устройстве (гондольный вариант компоновки) схема проточной части внутреннего канала может иметь вид, показанный на рис. З.З. На этом же рисунке приведены данные, свидетельствующие о существенном влиянии формы канала на равномерность поля скоростей на входе в компрессор. Экспериментальное исследование дозвуковых входных устройств летательных аппаратов при Мп < 0,8 показало, что значение коэффициента сохранения полного давления в них определяется потерями в пограничном слое и на вихреобразование. Увеличение угла раскрытия канала приводит к расту потерь: они становятся особенно существенными при М > 0,5 ... 0,6. При центральном угле <10' и М < 0,5 величина и, лежит в пределах 0,96 ... 0,98. Для дозвуковых входных устройств величина коэффициента расхода оз изменяется в широких пределах и может принимать значения, большие и меньшие единицы (см.
рис. 3.2). Значение коэффициента внешнего сопротивления с» дозвуковых входных устройств при Мп < 0,8 составляет величину порядка 0,05 ... 0,1. Изменение коэффициента внешнего сопротивления входного устройства в интервале чисел М от 0 до 0,8 очень мало. Эта особенность в поведении с» в зависимости от М„и у объясняется тем, что возникающее дополнительное сопротивление по жидкой линии тока компенсируется так называемой подсасывающей силой, приложенной к входному устройству и на,правленной при гр < 1 по полету (см. рис.
3.2). 83 скйнл Работа дозвукового входного устройства на трансзвуковых и небольших сверхзвуковых скоростях ск При скоростях полета летательных аппаратов с дозвуковыми входными устройствами, соответствующих Мв > 0,8, на внешней поверхности последних образуется течение с местными сверхзвуковыми зонами, что приводит к заметному росту ст входа (за счет роста волнового сопротивления). Если скорость полета превышает скорость звука, то перед входным устройством возникает головная ударная волна (рис.
3.4). Площадь, занятая прямым скачком ударной волны, зависит от коэффициента расхода и формы входных кромок: чем меньше ф, тем меньше и участок с прямым скачком. Головная волна перед входным устройством определяет потери полного давления. Потери полного давления в реальных входных устройствах слагаются из потерь в скачках уплотнения и потерь в канале на участке от плоскости входа до компрессора. Величина этих потерь зависит от его формы и определяется, как правило, экспериментально. Наличие головной волны перед входным устройством приводит к существенному возрастанию сл.
На этих режимах подсасывающая сила уже не компенсирует силы сопротивления. На рис. 3.5 приведены зависимости сл,„в функции числа М, при различных коэффициентах расхода !р для двух форм наружной обечайки. Величина сопротивления входного устройства на больших дозвуковых (М% 0,8) и сверхзвуковых скоростях полета существенно зависит от формы обечайки: чем острее обечайка, тем меньше сопротивление.
Следовательно, у входных устройств, предназначенных для работы на небольших сверхзвуковых скоростях, обечайки должны быть острыми. При коэффициентах расхода, близких к единице, у входных устройств с острой обечайкой значения сх растут до чисел М„= 1,15, а затем уменьшаются; у входнйх устройств со скругленной обечайкой наблюдается монотонный рост сл . Подобный характер поведения с нх нк для устройств со скругленной обечайкой объясняется наличием мощной отошедшей волны у кромки обечайки.
При острых кромках обечаек скачок у обечайки слабее и меньше возмущает течение, а начиная с некоторого числа М скачок будет присоединенным при (М ж 1,35 для сс = 7,5'). Уменьшение коэффициента расхода приводит к сильному возрастанию внешнего сопротивления, причем увеличение сопротив- Рнс. 3.4. Схема обтекания дозвукового входного устройства при Мв >! (заштрихована область дол звуиовых скоростей) й'0 !т О (Р тг Уб (б м„ Рис.
3.6. Расчетные значения коэффициентов дополнительного сопротивления дня дозвукового входного устройства прн различных значениях чисел М„ н ~р Рис. 3.6. Влияние формы обечайки дозвуко- вого входного устройства, числа Мп и ~р на величину внешнего сопротивления: 1 — скругленная обечаака; 2 — острая обечазка Π— Ч =- 1.0г О н ° — Ч = 0,9; та н а, — Ч =- =. о,т; а = т,з' ления слабо зависит от формы обечайки. Это объясняется тем, что рост с при гр (1 обусловлен, в основном, дополнительхнк ным сопротивлением по жидкой линии тока, зависящим от значения ф и М .
На рис. 3.6 приведена расчетная зависимость с =. у (гр,М„). Величина дополнительного сопротивления на клон сверхзвуковых скоростях полета составляет основную долю общего сопротивления. Так, при числе М„= 1,8 и гр = 0,7 дополнительное сопротивление для входного устройства с острой кромкой и углом внешней поверхности обечайки в 7,5' составляет около 95 % от общего; для входного устройства со скругленной обечайкой — около 45 % . Этот результат следует из сопоставления данных рис.
3.5 и З.б. Особенности работы входных устройств для силовых установок с большой степенью двухконтурности и силовых установок самолетов ВВП Использование на самолетах силовых установок с большой степенью двухконтурности является одним из направлений развития дозвуковой авиации. Большие размеры входных сечений и необходимость реверсирования тяги приводят к тому, что наиболее целесообразной является компоновка двигателя в от'дельной гондоле, установленной на пилоне под крылом или в хво- 86 Рис. 3.7. Схема расположения подъем- ных двигателей (а) и створок (б) в фко аеляже: т — верхняя стенка створни; т — боковая стенка створки а) стовой части самолета.
Характерной особенностью входных устройств таких силовых установок являются: малая относительная длина, сложная форма /ба ю г-„ меридионального сечения а а овю юФг также, иногда, наличие окон для подвода дополнительного воздуха во внешний контур на некоторых режимах работы силовой установки. Малая относительная длина входного устройства (1/Р„= 0,58) приводит к более высокой чувствительности к углам атаки и скольжения. Подобные устройства целесообразно профнлировать с учетом пространственного характера течения газа при небольшом монотонном увеличении скорости движения от входного сечения до сечения, в котором установлен вентилятор. Создание самолетов вертикального взлета и посадки (ВВП), а также самолетов укороченного взлета и посадки (УВП) требует применения подъемных или комбинированных силовых установок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
