Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Наличие углов скольжения связано с косым обдувом входного устройства в целом и его боковых щек в частности, Работа входных устройств в условиях старта. Схема течения газа во входном устройстве на старте приведена на рис. 3.16, На внутренней поверхности обечайки располагается срывная зона, которая сильно уменьшает эффективную площадь критического сечения. Это приводит к образованию сверхзвукового течения в дозвуковой части входного устройства, и, следовательно, к до- полнительным потерям полного давления.
Пониженный расход и большие потери полного давления в этом случае не обеспечи- 'вают нормальной работы силовой установки. Для уменьшения потерь полного давления и увеличения расхода можно использо- вать специальные створки перепуска или (при соответствующем конструктивном выполнении) створки, предназначенные для сог- ласования расхода в полете (см.
рис. 3.16, б). Иногда целесооб- разно организовать специальную щель смещением вперед части обечайки (см. рис. 3.16, в) или устранить срывиую зону посред- ством поворота передней части обечайки (см. рис. 3.16, г) в на- правлении увеличения входной площади. Регулирование различных элементов входньгх устройств.
В боль- шинстве практических случаев нерегулируемое входное устрой- ство непригодно. Несоответствие Р„р новой скорости полета при- водит к падению а, и возрастанию с„,„. Улучшить характеристики входного устройства можно, при- меняя регулирование различных его элементов. Регулирование, рр гг Рис.
ЗЛ7. Схема регулируемых входных устройств внешнего сжатия: о — регулнрованне площадн входа Р; б — регулнрованне Р н а г е — регулнро ех' кр нг ванне р н а; г — схема со створкамн подпитка н перепуска в общем случае, должно осуществляться таким образом, чтобы получить потребные значения Рнр и максимально возможные о, при наименьшем сх, . Часто максимум эффективной тяги достигается не при максимальном значении а,, а при оптимальном сочетании величин о„и сх, Для восстановления соответствия дов' действительной площади критического сечения потребной необходимо изменять отношение Рпр/Р, .
Регулирование входной площади — весьма сложная конструктивная задача, хотя в последнее время появились плоские входные устройства с регулируемой входной площадью (рис. 3.17, а). Регулирование критической площади широко используется на практике, причем одновременно с критическим сечением регулируется и еще какой-либо элемент. Так, на рис. 3.17, б приведена схема входного устройства с регулируемой площадью критического сечения и угла наклона последней ступени торможения; на рис. 3.17, в — схема с регулируемой площадью Р„р и изменяемым выносам центрального тела. Наибольший расход воздуха через входное устройство при ~Р = 1.
Сохранить значение гр при измененной скорости полета удается в случае, если первый скачок уплотнения при всех значениях М приходит в начало обечайки. При таком регулировании относительного положения центрального тела и обечайки значение ар равно единице, а дополнительное сопротивление (в случае соответствующего регулирования Р„р и значения противадавления р,) равно нулю (с.т, = 0). Для достижения наибольшего зйачения коэффициента сохранения полного давления системы скачков уплотнения при различных числах М, необходимо регулировать углы наклона поверхностей торможения в соответствии со значением числа Мв (см., например, рис.
3.17, б). 4 В. и. дкнмов 97 Течение с (р, не равным единице, как уже рассматривалось, возможно при любом значении числа М (даже при использовании рассмотренных способов регулирования) из-за повышения противо- давления Р„ возникающего при несоответствии потребного и действительного расходов. Ду)я установления соответствия этих расходов требуется введение элемента, регулирующего величину расхода через входное устройство (см. рис.
3.17, г). Наличие створок, увеличивающих расход через входное устройство, позволяет осуществить течение без выбитой ударной волны, т. е. при (р = 1 и при отсутствии дополнительного сопротивления (сх„ п — — О) входного устройства. Выполнение всех требований сделало бы входное устройство очень сложной, тяжелой и малонадежной конструкцией. В связи с этим приходится анализировать влияние регулирования различных элементов на характеристики двигателя с целью создания наиболее простого, легкого входного устройства с минимальным числом регулируемых элементов. — +- ау Рис.
3.18. Входное устройство иом противодавлеиии: а СХЕМа ТЕЧЕНИЯ ПРИ Рв М Рвр 98 Е лр б ю внутреннего сжатия пря Мп = Мп, р и различб — схема течения прн Р Ы р Особенности работы входных устройств внутреннего и смешанного сжатия Во входном устройстве внутреннего сжатия при фиксированной скорости набегающего потока н противодавлении р, выше некоторого значения образуется выбитая ударная волна (рис. 3.18).
Течение становится нерасчетным и при уменьшении противодавления оно не может восстановиться, т. е. подобное входное устройство не обладает свойством автозапуска. Работа силовой установки при наличии выбитой ударной волны не эффективна из-за низкого значения коэффициента сохранения полного давления овх, высокого дополнительного сопротивления по жидкой линии тока и низкого (р.
Качественная картина течения близка к картине течения перед дозвуковым входным уст.Ройством на сверхзвуковых скоростях. Количественные оценки значений и„, сх и (р, полученные для дозвуковых входных доп устройств, справедливы и в данном случае. Из газовой динамики известно, что устранение выбитой ударной волны перед входным устройством (запуск входного устрой- ! О' а! 7ь аг= )б ~ ° ! Рис. 3.!9. Различные схемы плоских входных устройств смешанного сжатия (Мп = 2,5; оптимальная система из 4 скачков): а — внешнее сжатие (течение ие может быть реализовано); б — смешанное сжатие (2 скачка — внешнего сжатия, 2 скачка — внутреннего сжатия)", а н г — смешанное сжатие (! скачок — внешнего и 3 скачка — внутреннего сжатия) ства) возможно несколькими способами: увеличением числа М выше расчетного при фиксированных значениях Ря и г'„р, применением канала с регулируемой площадью узкого сечейия, организацией перепуска из сужающейся части входного устройства, Изменение числа М по сравнению с расчетным приводит к нарушению схемы течения во входном устройстве и к изменению его характеристик.
Увеличение числа Мп относительно расчетного для нерегулируемого входного устройства не приводит к нарушению сверхзвукового течения на входе, однако в этом случае значение г„р становится больше оптимального, а скорость в минимальном сечении возрастает до более высоких (по сравнению с расчетным случаем) сверхзвуковых чисел М с последующим торможением в скачке уплотнения. Изменение противодавления р, влияет на работу входного устройства так же, как н на расчетном значении числа М,. При уменьшении числа Мп ниже расчетного значение Р„р становится меньше потребного, что приводит к образованию выбитой ударной волны на входе.
Методы устранения нерасчетного течения на входе во входное устройство (метод запуска) перечислены выше. Таким образом, из-за специфических условий запуска входные устройства с внутренним сжатием требуют дополнительного — пускового регулирования. На рис. 3.19 приведены возможные схемы входных устройств смешанного сжатия, рассчитанных на число М = 2,5, с торможением в системе из четырех скачков уплотнения (три косых и замыкающий прямой).
Для заданных Мп и числа скачков выбрана оптимальная система: значение по,,„= 0,92, углы клиньев и углы скачков приведены на рисунке. Схема а соответствует входному устройству с внешним торможением. Расчетное течение в таком 99 входном устройстве не может быть реализовано из-за наличия отошедшей ударной волны у обечайки (угол наклона наружной поверхности обечайки роб — — — рх + р -1- ()в -1- 3' = 36,1') больше предельного.
Входные устройства, выполненные'по схемам б, в и г, — устройства смешанного сжатия, По мере увеличения интенсивности внутреннего сжатия (при переходе от схемы б к в или г) несколько уменьшается максимальная высота входного устройства (при постоянном угле между внутренней и наружной поверхностями обечайки) и увеличивается длина поверхностей торможения до замыкающего скачка. Уменьшение максимальной высоты приводит к меньшим внешнему сопротивлению и массе; увеличение длины — к росту внутреннего сопротивления и массы конструкции. Схемы в и г при одинаковом соотношении внешнего и внутреннего сжатия различаются формой внутреннего канала и расположением внутренних скачков уплотнения.
Углы наклона вектора скорости за последним, замыкающим скачком уплотнения различны для всех схем. Величина наклона вектора скорости к оси входного устройства определяет уровень потерь в дозвуковой части входного устройства. Рассмотренная схема течения реализуется при расчетном значении противодавления р,. Если при постоянном числе М = = 2,5 значение ра уменыпается (при росте сг,р), то будут расти потери в дозвуковой части входного устройства. Подобное изменение условий работы приводит к падению значения овх при постоянной величине гр. Повышение противодавления рв (уменьшение Сг„р) вызовет исчезновение замыкающего скачка и нарушение схемы течения. Для возвращения течения к расчетной схеме после снижения противодавления р, необходимо иметь систему пускового регулирования.
Для схемы б диапазон пусковою регулирования значительно меньше, чем для схем в и г из-за меньшего значения числа М„ на входе в канал (ж1,7 вместо ж2,1). Увеличение числа М„ведет к изменению геометрии скачков уплотнения, величина минимального сечения оказывается переразмеренной, и замыкающий скачок располагается в диффузорной части входного устройства. Величина лр остается равной единице, оах уменьшается с ростом М„. Уменьшение оа происходит как за счет уменьшения о,,„, (неоптимальная система скачков), так и за счет увеличения потерь в диффузоре (потери в замыкающем скачке). Чтобы уменьшить потери полного давления, необходимо использовать регулирование различных элементов входного устройства аналогично регулированию элементов входного устройства внешнего сжатия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
