Способ управления интерференцией струи двигателя с отклоняемыми закрылками Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

_________УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ

Том XXVIII 1997 : :

№ 3—4

УДК 629.735.33.014.16.015.3: 533.695.7

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИЕЙ СТРУИ ДВИГАТЕЛЯ С ОТКЛОНЯЕМЫМИ ЗАКРЫЛКАМИ

В. А. Власов, Ю. Г. Жулев

Доказывается возможность использования продольных вихрей, вводимых в струю расположенного под крылом двигателя, для повышения эффективности управления вектором тяги с помощью закрылков.

В [1] и [2] была показана возможность воздействия на форму поперечного сечения свободных и пристеночных струй из осесимметричных сопл путем искусственного введения в струю продольных вихрей от расположенных на кромках сопла вихреобразователей. В настоящей статье показано, каким образом эту возможность можно использовать для интенсификации отклонения пристеночной струи на вогнутой поверхности и, в частности, для повышения эффективности взлетнопосадочной механизации для самолетов УВП, выполненных по схеме «двигатель под крылом».

Основная идея этого способа показана на рис. 1. На выходной кромке сопла располагается вихреобразователь 1, который на взлетно-посадочных режимах может вводиться в реактивную струю. Образующиеся на вихреобразо-вателе продольные вихри деформируют форму поперечного сечения струи, превращая ее из круглой 2 в близкую к подковообразной 3. При этом увеличиваются площадь закрылка, обдуваемого струей, и угол поворота струи, обеспечиваемый закрылком. Наибольший интерес такой способ может представлять рис і для случая использования двигателей

большой степени двухконтурности, когда требуется отклонять струю достаточно большого диаметра.

Принципиальная схема экспериментов в аэродинамической трубе показана на рис. 2. Она включает генератор струи 1 для воспроизведения струи двигателя и модель отсека прямого крыла с концевыми шайбами 2.

Генератор струи представляет собой форкамеру с соплом, имитирующую мотогондолу, воздух к которой подводится через установленную на коор-динатник штангу с тензовесами 3 и через горизонтальный полый пилон 4 (равномерность параметров потока в выходном сечении обеспечивается установкой в форкамере выравнивающих сеток и хонейкомба). Модель отсека крыла устанавливается на штанге с тензовесами 5.

. Основные геометрические размеры профиля и сопла с вихреобра-зователем представлены на рис. 3, где штриховой линией показаны

Рис. 2

очертания концевых шайб. Расстояние между концевыми шайбами равно 1,43 хорды профиля. Профиль крыла (профиль П-151 — 12%) имеет двухзвенный закрылок. Хорда всего закрылка и хорда второго звена составляют соответственно 0,33 и 0,17 от хорды профиля. Относительные величины зазоров между профилем и первым звеном закрылка и между звеньями закрылков А/Ь были равны соответственно 0,02 и 0,017 (Д — величина зазора (минимальное расстояние по верх-

нему контуру профиля), Ь — хорда профиля). Конфигурация сопла является типичной для случая двухконтурного двигателя с большой степенью двухконтурности. Вихреобразователь представляет собой треугольную пластину высотой 0,252) и углом при вершине 90° (2) — диаметр выходного сечения сопла внешнего контура).

Эксперименты проводились при постоянных значениях параметров х/2> = 0,25 и й/2) = 0,75 (х — расстояние между выходным сечением сопла внешнего контура и передней кромкой профиля, А — расстояние от оси сопла до хорды профиля), при нулевом угле атаки, при угле отклонения первого звена закрылка 5! = 45°, при скоростях потока в аэродинамической трубе, равных 20 и 40 м/с, и при отношении полного давления в форкамере сопла Ро к окружающему давлению ра, изменяющимся от 1,05 до 1,25. Изменяемыми геометрическими параметрами являлись углы отклонения вихреобразователя авхр и второго звена закрылка 52. Число Ие, подсчитанное по хорде профиля и скорости потока в рабочей части трубы, изменялось от 0,46 • 106 до 0,92 106.

Рассмотрим результаты определения полей скоростей на выходе из сопла. Скорости определялись на основании измеренных полных давлений (за статическое давление принималось атмосферное давление в момент проведения измерений). Поля полных давлений определялись с помощью гребенки полных напоров, перемещающейся поперек

струи на расстоянии 10 мм от выходного сечения сопла второго контура.

Результаты измерений в виде линий постоянной скорости для случаев авхр = 30 и 60° представлены на рис. 4, из которого наглядно виден характер деформации струи от сбегающих с вихреобразователя продольных вихрей (и и иср — соответственно скорость в данной точке и средняя по сечению скорость, вычисленная по измеренному расходу газа через сопло).

Рассмотрим теперь результаты экспериментов, демонстрирующих влияние вихреобразователя на угол отклонения струи на отклоненных закрылках модели крыла при отсутствии потока в трубе. На рис. 5 представле-

- = /-1 Л 7Ы

компоненты результирующей силы на сопле, крыле и имитаторе двигателя, определяемые из соотношений У = Ук + УД; X = Хк +ХЯ (Ук иср=тф и Хк — составляющие силы на крыле, а Уд и

Рис 4 Хл — составляющие тяги имитатора двигателя

ны зависимости

где У и X —

і? = + Хд Экспериментальные точки на рис. 5 получены для двух

положений вихреобразователя (а^р = 0 и 60°) и трех положений второго звена закрылка (52 =0, 20 и 40°). Для наглядности на рис. 5 отмечены углы отклонения вектора тяги, определяемые из соотношения у = а к\%У/Х.

Из рис. 5 видно, что отклонение вихреобразователя на угол до 60° заметно увеличивает угол отклонения вектора тяги. Так, например, при 82 = 40° угол отклонения вектора тяги увеличивается от 55 до 80°, т. е. приближается к геометрическому углу отклонения закрылка. Установлено, что при авхр > 60° эффективность вихреобразователя практически не увеличивается, но возрастают потери тяги в сопле. При авхр = 60° потери тяги не превышают 5%.

Ра/Рі -—-о А/13=0,15 0,9

у-гом/с

ст=5,5

/-

62=0

V=4-0 м/с

ВО

а,

і/р

Л

к

20і

------Л/П=0,75

0,9

6,~0

Х/Я 1,0

Л.

\/ґ

-2 -7

Рис. 6

На рис. 5 для V = 0 показаны также результаты экспериментов при б2 = 40° и при геометрическом параметре Л / 2) - 0,9 (большее удаление оси сопла от крыла). Верхняя точка зависимости ^ = /^~|0 Я®1

А /2) = 0,9 соответствует авхр = 60°, а нижняя авхр = 0. Видно, что абсолютные значения углов отклонения уменьшились, однако эффект использования вихреобразователя остался значительным.

Рассмотрим, наконец, результаты экспериментов, демонстрирующих влияние вихреобразователей на исследуемые характеристики при наличии потока в трубе. На рис. 6 представлены результаты экспериментов по определению зависимостей су - /(сх) при постоянном значении коэффициента импульса струи ст. Значения су, сх и ст определялись из соотношений

1к + 1д-Пр Хх + Хя-Хтр я

су=—------; сх = —----------^ст=—,

у qS & яЯ

где приняты следующие условные обозначения: Ук и Хк — компоненты приложенной к крылу силы, измеряемые с помощью тензовесов при наличии потока в трубе и реактивной струи; Уф и — компоненты силы, действующей на концевые шайбы, трассу подвода воздуха и другие конструктивные элементы модели (определялись в специальном эксперименте, в процессе которого вместо крылового профиля между концевыми шайбами устанавливались цилиндрические штифты с известным значением сх); Уд и Хл — компоненты тяги имитатора

двигателя за вычетом сил от внешнего потока на элементы конструкции имитатора при отсутствии струи имитатора; ? и 5 — скоростной напор потока в трубе и площадь отсека крыла соответственно.

Экспериментальные точки на рис. 6 получены при значениях скорости потока в трубе 20 и 40 м/с (и соответственно для ст = 5,5 и 1,4), для двух положений вихреобразователя авхр = 0 и 60° и трех положений второго звена закрылка 62 = 0, 20 и 40°. На рис. 6 показаны также результаты экспериментов при 82 = 40° и при геометрическом параметре к/В = 0,9. Верхняя точка зависимости су = /(сх) для й/2) = 0,9 соответствует авхр = 60°, а нижняя — авхр =0.

Из рис. 6 видно, что с помощью вихреобразователя можно активно влиять на зависимость су = /(сх) и что, управляя отклонением вихреобразователя и второго звена закрылка, можно изменять су, не изменяя сх, и наоборот.

Следует отметить, что объем проведенных экспериментов недостаточен для всестороннего определения возможностей предложенного способа воздействия на процесс отклонения струи. Целесообразно, например, проведение исследований как по определению оптимальных конфигураций вихреобразователей, так и по изучению возможного влияния отклонения вихреобразователя на расходные характеристики сопла (предварительные эксперименты показывают, что такое влияние в случае необходимости можно свести к минимуму или полностью устранить за счет ограничения угла отклонения вихреобразователя и изменения его конфигурации или некоторого удаления отклоненного вихреобразователя от выходной кромки сопла).

В заключение необходимо отметить, что известны другие способы воздействия на интерференцию струи с отклоненными закрылками, например предварительное отклонение струи в сторону крыла с помощью дефлектора или отклоняемой панели сопла. Рассматриваемый способ, основывающийся в основном не на отклонении струи, а на деформации ее поперечного сечения с помощью искусственно создаваемых продольных вихрей, может представлять интерес как возмож-

ность уменьшения габаритов поверхностей, с помощью которых осуществляется воздействие на струю.

ЛИТЕРАТУРА

1. Наливайко А. Г. Способ воздействия на форму и размывае-мость затопленной струи, истекающей из осесимметричного сопла// Препринт № 28 ЦАГИ.— 1991.

2. Ганич Г. А., Гу щи на Н. А., Жулев Ю. Г., Наливайко А. Г. Воздействие на струи продольными вихрями//Ученые записки ЦАГИ.—

1993. Т. XXIV, № 4.

Рукопись поступила 7/ІХ1995 г.