ПЛОСКОЕ ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ С ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2003 года по МПК B64D33/02 

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и преимущественно может быть использовано в авиационных силовых установках с воздушно-реактивными двигателями.

Известны плоские сверхзвуковые входные устройства (СВУ) [1, с. 249] силовых установок (СУ) с воздушно-реактивным двигателем (ВРД).

Для эффективного сжатия потока воздуха с малыми потерями и обеспечения малого аэродинамического сопротивления они имеют специальные профилированные поверхности (обечайки) с острыми передними кромками.

Поток, набегающий под большим углом атаки, на малых дозвуковых скоростях в силу своей инерционности не может плавно обогнуть ее поверхность и отрывается. Отрыв потока внутри воздухозаборника приводит к увеличению потерь полного давления, росту неравномерности и нестационарности течения на входе в компрессор двигателя. Это комплексно влияет на характеристики двигателя и в целом ухудшает их.

Известны плоские СВУ, имеющие поворотную панель обечайки входного устройства [1, с. 283].

Система управления поворотной панелью обечайки обеспечивает ее отклонение на фиксированный угол на режиме взлета. Это снижает вероятность появления отрывов потока с острой передней кромки поворотной панели и уменьшает интенсивность вихреобразования.

Полное исключение отрыва потока с острых передних кромок обечайки возможно при безударном (местный угол атаки равен нулю) обтекании их потоком. Исследования [2, 3] показывают, что для обеспечения безударного обтекания передних кромок на режимах взлета необходимо отклонять поворотную панель на угол 45...60^o. Однако при отклонении панели на столь значительный угол возможен отрыв потока с линии излома поверхности обечайки в районе оси поворота панели (см. фиг. 1), поэтому реальный угол отклонения панели выбирается в диапазоне 15...25^o. Картина течения получена в гидролотке путем визуализации течения суспензией. В силу недостаточного отклонения панели передняя кромка СВУ обтекается, как правило, с отрывом потока, что является недостатком такого входного устройства.

Таким образом, отклонение поворотной панели входного устройства прототипа не приводит к полному исключению вихревого движения внутри проточной части СВУ, хотя и снижает его интенсивность на расчетном для данного угла отклонения режиме. В конечном итоге это приводит к снижению тяги и надежности СУ, росту удельного расхода топлива.

Задачей настоящего изобретения является улучшение характеристик СУ путем снижения интенсивности вихревого движения внутри канала проточной части воздухозаборника и повышения равномерности потока на входе в компрессор двигателя на дозвуковых режимах работы СВУ.

Задача решается применением шарнирно-секционной поворотной панели обечайки воздухозаборника. Передняя кромка панели в этом случае имеет возможность отклоняться на углы 45...60^o, большие, чем у существующих СВУ, а деформация панели исключает резкие (по сравнению с прототипом) изломы внутренней поверхности.

Отличительным признаком предлагаемого устройства является шарнирно-секционный механизм деформации поворотной панели СВУ.

Задача достигается тем, что в СВУ, содержащем канал подвода воздуха к двигателю, верхнюю, нижнюю и боковые панели обечайки, поворотную панель обечайки, внутренняя и наружная поверхности поворотной панели обечайки состоят их одинакового числа поперечных к продольной оси воздухозаборника шарнирно-соединенных секций, передние по потоку секции внутренней и наружной поверхности поворотной панели соединены вместе и образуют переднюю кромку панели, последняя по потоку секция внутренней или наружной поверхности жестко закреплена на неподвижной нижней панели обечайки входного устройства, последняя по потоку секция противоположной поверхности соединена с механизмом отклонения поворотной панели обечайки, соответствующие шарниры наружной и внутренней поверхностей соединены перемычками. Поворотная панель отклоняется одним силовым приводом и при отклонении меняет кривизну своей поверхности с углами излома тем меньшими по сравнению с прототипом, чем больше количество секций.

Использование шарнирно-секционного механизма деформации поворотной панели воздухозаборника выгодно отличает предложенное входное устройство от прототипа возможностью отклонения поворотной панели для безударного обтекания ее передней кромки без значительных изломов поверхности, исключением отрыва с острой передней кромки и с линии излома поверхности панели. Поле скоростей и давлений на входе в компрессор двигателя станет более равномерным, увеличивается запас газодинамической устойчивости двигателя. Потери полного давления будут определяться в основном потерями на трение и будут минимальными.

На фиг.2 представлена схема предлагаемого входного устройства.

На фиг. 3 представлена принципиальная схема шарнирно-секционного механизма деформации поворотной панели.

Плоское входное устройство (см. фиг.2) содержит канал подвода воздуха к двигателю 1, образованный верхней 2, нижней 3, боковыми панелями обечайки 4, поворотную панель обечайки 5, содержащую (см. фиг.2) носок 6, шарниры 7, секции (не менее двух) 8, перемычки 9. Последняя по потоку секции отклоняемой панели 5 на внутренней поверхности крепится жестко к нижней 3 панели обечайки, а на наружной - шарнирно к силовому приводу 10.

Входное устройство работает следующим образом.

На малых до звуковых скоростях полета секционная поворотная панель обечайки 5 отклоняется системой управления посредством привода 10 вниз (на раскрытие проточного канала). При этом из-за статической определенности ее носка 6 и статической неопределенности (трапециевидных в разрезе) соприкасающихся конструкций из секций 8 и перемычек 9, соединенных через шарниры 7, панель меняет свою кривизну своей поверхности, приближаясь к дуге окружности в зависимости от угла заданного отклонения ее передней по потоку секции.

Поток набегает на носок 6 панели безударно. Реализуется безотрывное течение потока за счет округления поверхности поворотной 5 панели, который по каналу, образованному верхней 2, нижней 3 и боковыми 4 панелями, поступает на вход в компрессор двигателя 11.

С увеличением скорости набегающего потока поворотная панель отклоняется на меньший угол, обеспечивая безотрывное обтекание ее потоком до положения, соответствующего расчетной сверхзвуковой геометрии воздухозаборника.

Исследования авторов показали, что применение шарнирно секционного механизма позволяет исключить отрывные явления в канале СВУ во всем диапазоне отклонения поворотной панели. Картина течения представлена на фиг.4.

ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев Ю. Н. Теория авиационных двигателей. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1992, (прототип), стр. 283.

2. Кривель П.М. Исследования возможности улучшения характеристик СВУ на малых скоростях полета. В кн. Материалы НТК ВНО Иркутск ИВВАИУ, 1996 г.

3. Данипенко Н.В., Кривель П.М., Черкасов А.Н. Моделирование нестационарного отрывного течения в каналах с внезапным расширением. В кн. Сборник научных трудов адъюнктов и соискателей. Выпуск 2, Иркутск, ИВВАИУ, 1996 г.

Изобретение относится к оборудованию летательных аппаратов. Устройство содержит верхнюю, нижнюю, боковые и поворотную панели. Поворотная панель представляет собой шарнирно-секционный механизм, предназначенный для изменения кривизны поверхности, в соответствии со скоростью набегающего потока воздуха. Изобретение направлено на улучшение характеристик силовой установки путем снижения интенсивности вихревого движения внутри канала воздухозаборника. 4 ил.

Плоское входное устройство силовой установки с воздушно-реактивным двигателем, содержащее верхнюю, нижнюю, боковые панели обечайки, поворотную панель обечайки, механизм отклонения поворотной панели обечайки, отличающееся тем, что внутренняя и наружная поверхности поворотной панели обечайки состоят из одинакового числа поперечных продольной оси канала подвода воздуха к двигателю шарнирно соединенных секций, передние по потоку секции внутренней и наружной поверхности поворотной панели соединены вместе и образуют переднюю кромку панели, последняя по потоку секция внутренней поверхности жестко закреплена на неподвижной нижней панели обечайки входного устройства, последняя по потоку секция наружной поверхности соединена с механизмом отклонения поворотной панели обечайки, а соответствующие шарниры наружной поверхности соединены перемычками.