ВИДЫ ВОЗДУХОЗАБОРНИКОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Список литературы

1. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.priborist.net/catalog/produktsiya-aviatsюnmgo-i-spetsialшgo-naznacheniya/sistemy-kontrolya-temperatшy/sistemy-signalizatsii-o-pozhare/ (дата обращения: 06.12.2020).

2. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://flamestop.ru/ (дата обращения: 06.12.2020).

ВИДЫ ВОЗДУХОЗАБОРНИКОВ Макеев Д.А.1, Келарев В.И.2

1Макеев Дмитрий Александрович - бакалавр,

кафедра технической эксплуатации летательных аппаратов и наземного оборудования; 2Келарев Валерий Иванович - старший преподаватель, Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону

Аннотация: в статье рассматриваются виды воздухозаборников воздушно-реактивных двигателей, их конструкции и назначение.

Ключевые слова: воздухозаборник, самолет, авиастроение, реактивный двигатель, сверхзвук, аэродинамика.

На летательных аппаратах с воздушно-реактивными двигателями применяются различные входные устройства. Они необходимы для уменьшения скорости потока на входе в двигатель. Основными требованиями являются: обеспечение высоких значений коэффициента полного давления, создание равномерного потока на входе в двигатель, минимальное аэродинамическое сопротивление.

Воздухозаборник - элемент, предназначенный для подвода атмосферного воздуха к двигателю летательного аппарата с параметрами, задающими максимальную эффективность силовой установки по тяге и расходу топлива. Так же он должен обладать минимальным аэродинамическим сопротивлением и высокой надежностью.

Конструкция входного устройства зависит во многом от расчетного числа М полета летательного аппарата, потребного диапазона скоростей, места расположения силовой установки на фюзеляже, типа применяемого двигателя. В зависимости от вышеперечисленных характеристик входные устройства можно разделить на два типа:

1) дозвуковые - для дозвуковых самолетов (скорость полета не превышает числа М)

2) сверхзвуковые - для сверхзвуковых летательных аппаратов.

Дозвуковой воздухозаборник состоит из коллектора и диффузора. Коллектор может быть выполнен с автоматическими окнами для впуска воздуха. Он предназначен для обеспечения втекания воздуха из атмосферы в канал при взлете и маневрировании. Диффузор улучшает сопряжение коллектора с гондолой двигателя. За ним, вплоть до двигателя, может быть канал почти постоянного сечения по длине и нередко криволинейный.

Сверхзвуковой воздухзаборник состоит из сверхзвукового диффузора - участка торможения сверхзвукового воздушного потока и его сжатия и дозвуковой диффузор, расположенный за "горлом" - самым узким участком канала. Основной задачей данного вида воздухозаборников является сжатие сверхзвукового потока за счет скачков уплотнения при помощи профилированной обечайки и клиновидным телом у плоских воздухозаборников или конусообразным телом у осесимметричных. Скачок уплотнения - ударная волна, возникающая при обтекании тела потоком газа. Прямой скачок уплотнения движется в том же направлении, что и тело, с той же скоростью.

Косой скачок движется со скоростью, меньшей, чем скорость тела, но под углом, чтобы тело как бы скользило вдоль фронта.

Рис. 1. Плоский воздухозаборник

Рис. 2. Осесимметричный воздухозаборник

Воздухозаборник и воздушный канал играют важную роль в создании тяги двигательной установкой. Они обеспечивают подвод воздуха для нормальной работы двигателя в необходимом количестве, с определенным давлением и скоростью. При малых скоростях полета сжатие воздуха происходит непосредственно в компрессоре двигателя. Во время роста скорости полета, в частности при достижении сверхзвуковых скоростей, можно производить сжатие воздуха за счет кинетической энергии его движения. Роль геометрии воздухозаборника растет, так как, используя это свойство, можно добиться уменьшения расхода энергии на вращение привода компрессора. Такое устройство является предварительным бестурбинным компрессором.

Высокое качество профилирования воздухозаборника обеспечивает малые потери, а так же однородное поле скоростей потока перед компрессором. Однако на сверхзвуковых скоростях перед таким воздухозаборником на расстоянии толщины ударного слоя образуется неприсоединяемый прямой скачок уплотнения, за которым скорость уменьшается до дозвукового значения. Вместе с этим возникает большой скачек волнового сопротивления. Поэтому сверхзвуковые самолеты имеют воздухозаборники другой формы и принципа действия. Из-за широкого диапазона скоростей самолетов такого класса их воздухозаборники и воздушные каналы должны работать одинаково в разных условиях, обеспечивая постоянный подвод воздуха на всех режимах полета.

Применение регулируемых воздухозаборников на сверхзвуковых самолетах усложняет конструкцию и увеличивает массу и стоимость, но позволяет добиться максимально экономичной и надежной работы двигателя в широком диапазоне скоростей и высот полета.

На некоторых сверхзвуковых летательных аппаратах в конструкции воздухозаборника применяется щель между фюзеляжем и годнолой необходима для слива пограничного слоя. Турбулентный пограничный слой, накопившийся по длине фюзеляжа, не попадает в тракт двигателя, что улучшает режим работы лопаток комрпессора.

Основным преимуществом воздухозаборников, расположенных в гондолах двигателей, является их непосредственное соединение с компрессором, благодаря чему они имеют малую протяженность и массу, а так же малые потери давления и

равномерную скорость потока. К недостаткам таких воздухозаборников круглого сечения можно отнести падение их эффективность с увеличением угла атаки. Из-за этого изменяется картина возникновения скачков уплотнения и нарушается постоянство скорости прохождения воздуха.

Недостатком надфюзеляжного и подфюзеляжного воздухозаборников состоит в том, что их эффективность снижается при больших положительных и отрицательных углах атаки ввиду того, что фюзеляж и крыло закрывают его.

Боковые воздухозаборники имеют большое разнообразие форм и поперечных сечений. На дозвуковых самолетах они имеют полукруглые и полуэллиптические сечения, а для современных сверхзвуковых более характеры прямоугольные формы с закругленными углами. Данный технический ход позволяет освободить носовую часть фюзеляжа для оборудования и радиолокационной станции.

Применение входных острых кромок препятствует возникновению в воздухозаборнике толстого пограничного слоя и последующего его отрыва, ухудшающего работу компрессора. За локальным присоединенным скачком уплотнения скорость воздуха становится дозвуковой так же резко, как и за не присоединенным головным скачком, однако большая его часть переходит в статическое давление, а остальная в теплоту. Так же с увеличением скорости полета интенсивность скачка и потери в ходе динамического сжатия возрастают, что снижает тягу силовой установки. Поэтому такие воздухозаборники применяются на самолетах с максимальной скоростью не более М=1,5. При более высоких скоростях большей эффективности сжатия потока можно добиться при помощи системы косых скачков уплотнения, у которых меньшее падение скорости и потери давления.

Скорость потока за косым скачком остается сверхзвуковой, и если она равна числу Маха не больше 1,5-1,7, то дальнейшее торможение потока осуществляется с помощью прямого скачка. В таком случае потери не велики, а дозвуковая скорость за ним приемлема. Такой тип воздухозаборника называется двухскачковым и эффективно работает на скоростях полета до М=2,2. При дальнейшем увеличении скорости потока возрастает и скорость воздуха за прямым скачком.

Если скорость будет больше 1,5-1,7 Маха, то поток следует сжать еще в одном дополнительном косом скачке, чтобы его скорость перед последним прямым скачком входила в приемлемый диапазон значений. Данный тип воздухозаборника называется трехскачковым и может применятся на скоростях около М=3. Эту систему скачков можно регулировать путем выдвижения из воздухозаборника элемента с острой вершиной (независимо от использованного принципа компрессии) либо путем использования воздухозаборника с острыми входными кромками и диффущора необходимого профиля.

Конструктивные элементы, необходимые для создания скачков уплотнения, находящиеся внутри воздухозаборника называются генераторами скачков. В практике для этих задач используют формы конусов, полуконусов и клиньев. На их вершинах образуется первый косой скачек уплотнения, с углом наклона, зависящем как от угла при вершине тела, как и от числа Маха.

Список литературы

1. Кириакиди С.К. Конструкция воздухозаборников самолетов, 2013. С. 9-11.

2. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://oat.mai.ru/book/glava14/14_2/14_2.html/ (дата обращения: 05.12.2020).