CC BY
49
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц А Г И Том XIV 1983
№ 1
УДК 533.697.4/.5
к
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СОЗДАНИЯ ЭЖЕКТОРНЫХ УВЕЛИЧИТЕЛЕЙ ТЯГИ РАЗОМКНУТЫХ СХЕМ
/О. Г. Жулев, С. И. Иншаков
Приводятся результаты экспериментальных исследований, доказывающие возможность Создания эжекторных увеличителей тяги в тех случаях, когда эжектируемая струя не окружена со всех сторон стенками камеры смешения и диффузора.
В настоящее время интенсивно изучается возможность создания достаточно компактной и легкой конструкции эжекторного увеличителя тяги (ЭУТ), которая могла бы быть использована как струйная система улучшения взлетно-посадочных характеристик самолетов (см., например, [1—3]).
Одним из путей уменьшения веса ЭУТ является предложенная в [4], но экспериментально не проверенная идея создания такого осесимметричного ЭУТ, у которого эжектирующая щелевая струя одновременно могла бы образовывать жидкий контур, частично заменяющий жесткие стенки диффузора. При этом можно ожидать уменьшение веса ЭУТ, так как может быть заметно уменьшена поверхность жестких стенок эжекторного насадка. Возможность получения эффекта торможения потока в диффузорах, стенки которых образованы плоскими струями, показана в [5].
В настоящей работе приводится экспериментальное доказательство возможности создания ЭУТ с частичной заменой жестких стенок эжекторного насадка поверхностью эжектирующей струи. На примере исследования ЭУТ с эжекторным насадком прямоугольной формы поперечного сечения и с плоской эжектирующей струей толщиной Ь = 8 мм показано, что возможно создание ЭУТ, у которых либо одна, либо даже три стенки эжекторного насадка могут заменяться поверхностью плоской эжектирующей струи (в последнем случае ЭУТ вырождается в плоскую пластину с закругленной кромкой).
!. Принципиальная схема исходного варианта экспериментальной модели представлена на рис. 1 ,а. Ее основными элементами являются щелевое сопло и эжекторный насадок, внутренняя поверхность которого образовывается двумя пластинами и двумя дисками. Изогнутая часть пластин образовывает конфузор-ный участок эжекторного насадка.
Конструкция модели позволяла изменять основные геометрические параметры и проводить исследования при частично или полностью удаленных элементах эжекторного насадка. Были исследованы следующие варианты конфигурации ЭУТ для плоской эжектирующей струи.
1) Исходный вариант (рис. 1, а) воспроизводил конфигурацию ЭУТ для плоской эжектирующей струи, когда полость эжекторного насадка прямоугольной формы образовывалась двумя изогнутыми пластинами и двумя дисками. При этом из-за значительных размеров дисков эжектируемый воздух мог поступать в эжекторный насадок только со стороны пластин.
2) При снятии одной из пластин воспроизводилась конфигурация ЭУТ, у которого роль одной из стенок эжекторного насадка играла сама струя (рис. 1,6).
/—щелевое сопло; 2—диски; 3—пластины с изогнутыми участками, на которых создается разрежение эжектируемым потоком; 4— сопло П-образной формы
Рис. 1
3) При снятии одновременно и одной из пластин, и обоих дисков воспроизводился случай расположения одиночной пластины с изогнутым участком вблизи плоской струи (рис. 1, в).
4) При замене плоского щелевого сопла на щелевое сопло П-образной формы и отсутствии одной из пластин и обоих дисков (рис. 1,г) воспроизводился случай, когда роль трех стенок эжекторного насадка выполняла сама эжектирующая струя.
При экспериментах измерялись: тяга с помощью тензовесов, расположенных на трубопроводе подвода сжатого воздуха к щелевому соплу, температура этого воздуха с помощью термометра сопротивления и■ давление воздуха с помощью приемника давления, установленного в тракте подвода воздуха
вблизи выходного сечения сопла.
На рис. 2 представлены некоторые результаты экспериментального исследования и приведены основные геометрические размеры перечисленных выше конфигураций. По оси ординат отложено отношение измеренной тензовесами тяги сопла при наличии жестко связанного с ним эжекторного насадка или его части (в соответствии с перечисленными на рис. 1 конфигурациями) к тяге изолированного сопла (когда эжекторный насадок или его элементы, снимались). По оси абсцисс отложена хср, располагаемая степень понижения давления
*//=2.25; £/<=>12,5; Щ—20
Схема 1, а 1, б 1, в 1. г
к!1 5 3,1 3,1 3,1
а, град 0 10 о-ио 10
Рис. 2
в реактивном сопле, равная отношению давления перед выходным сечением сопла (р0) к атмосферному (ра). Число Re, подсчитанное по толщине струи на выходе из сопла, изменялось от 75 000 при лср = 1,8 до 125 000 при пср = 2,9. Температура струи при экспериментах была равна 296 К.
Рассмотрим вначале и сравним между собой результаты исследований вариантов, представленных на рис. 1, а и 1,6. Переход от схемы 1,а к схеме 1,6 означает, что исчезает половина объема эжекторного насадка, а для другой половины роль одной из стенок эжекторното насадка начинает выполнять эжектирующая струя. Как видно, это приводит к уменьшению эффективности ЭУТ при яср>>2 почти вдвое.
Рассмотрим теперь и сравним между собой результаты исследований вариантов, представленных на рис. 1,6, в и г. Схема рис. 1,в отличается от схемы рис. 1,6 в основном тем, что в первой эжектируемый внутренней поверхностью струи воздух уже не вынужден обтекать закругленную часть пластины (создавая на ней разрежение), а может, поступать к эжектирующей поверхности с боков. В результате, как видно из рис. 2, прирост тяги исчезает. Чтобы воспрепятствовать эжектируемому воздуху поступать с боков, а направлять его только через закругленный край пластины, было выполнено щелевое сопло П-образной формы (см. рис. 1,2). Результаты испытаний этой схемы показывают, что экранирующая роль П-образной струи проявилась, и был зафиксирован прирост тяги порядка 5% (применительно к этой схеме на рис. 2 под величиной Рс понимается тяга изолированного сопла П-образной формы).
При экспериментах с вариантами б, в и г представленная на рис. 2 результирующая тяга Р несколько отклонялась от направления тяги изолированного сопла Рс из-за несимметрии системы (максимальное отклонение вектора Р от вектора Рс имело место для варианта б и составляло 13 град.). Так как измерение тяги производилось двухкомпонентными тензовесами, то можно выделить компонент тяги Р, совпадающий с направлением тяги изолированного сопла. Отношение этого компонента к тяге изолированного сопла показано на рис. 2 пунктиром.
Таким образом, проведенные эксперименты доказывают возможность создания эжекторных систем, у которых эжектирующая струя щелевой формы может одновременно заменять жесткие стенки эжекторного насадка.
2. Наряду с изложенным можно кратко отметить некоторые дополнительные экспериментальные результаты, которые были получены в проведенных исследованиях.
Исследования схемы рис, 1,6 были повторены для случаев, когда толщина струи была уменьшена в полтора и в четыре раза, и было установлено, что для всех исследованных толщин эжектирующей струи прирост тяги имеет примерно одинаковую величину.
Исследования схемы рис. 1, г были повторены как для случая, когда толщина поперечных участков П-образной струи была уменьшена вдвое, так и для случая, когда вдвое была уменьшена длина плкстины. В результате было установлено, что уменьшение длины пластины при сохранении толщины поперечных участков струи практически не уменьшило величину прироста тяги, а уменьшение толщины поперечных участков струи при неизменной длине пластины привело к уменьшению прироста тяги до 1—2%.
Проведенные эксперименты не следует рассматривать как параметрические исследования, в результате которых найдены оптимальные геометрические и газодинамические параметры представленных на рис. 1 конфигураций. Эти эксперименты являются доказательством возможности использования экранирующей способности щелевых струй для создания упрощенных и облегченных конфигураций эжекторных увеличителей тяги.
В заключение авторы благодарят Г. П. Свищева за постановку задачи исследования складывающихся эжекторных увеличителей тяги упрощенных конфигураций.
ЛИТЕРАТУРА
1. Жулев Ю. Г., Потапов Ю. Ф. Исследование влияния геометрических параметров эжекторного увеличителя тяги на его эффективность. Труды ЦАГИ, вып. 1958, 1978.
2. Robinson С. A. XFV-12A may spour navy VTOL family. „Aviation week and Space Technology*, vol. 98, N 16, 1973.
3. Ененков В. Г., Клячкин А. Л., Коротков В. С., Супрун В. М. Авиационные эжекторные увеличители тяги. М., „Машиностроение", 1980.
4. Morel Jean —Pierre, Lissaman Peter. The jet flap liffurer: a new thrust augmenting device. „AIAA“ Paper, N 69—777, 1969.
5. Франкфурт М. О. Экспериментальное исследование струйных диффузоров. .Ученые записки ЦАГИ*, т. XIII, № 2, 1982.
Рукопись поступила 31VII 1981 г.
