УСТАНОВКА ДЕМОНСТРАЦИИ ПОМПАЖА ВХОДНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2024 года по МПК G09B25/02 

Изобретение относится к средствам обучения, в частности к учебным установкам для демонстрации и раскрытия физической сущности в лабораторных условиях возникновения, протекания и устранения помпажа входного устройства (ВУ) авиационной силовой установки (СУ).

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является установка демонстрации помпажа воздухозаборника [патент RU 2200980 С2, МПК G09B 25/02 от 20.03.2003] содержащая входное устройство, в канале которого установлен ресивер, выполненный в виде тонкостенной резиновой оболочки, один край которой прикреплен цилиндрическим хомутом к корпусу воздухозаборника, другой аналогичным образом - к дроссельному устройству с подвижно регулирующим элементом, имеющим возможность перемещения в осевом направлении с помощью механизма, и осевой вентилятор, установленный несоосно перед входным устройством.

Основным недостатком установки является низкая функциональная возможность демонстрации возникновения, протекания и устранения помпажных явлений входного устройства авиационной силовой установки, а также отсутствие возможности демонстрации влияния объема и длины входного устройства, жесткости оболочки входного устройства, внешних условий на помпажные явления входного устройства.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей демонстрации возникновения, протекания и устранения помпажных явлений входного устройства авиационной силовой установки.

Указный технический результат достигается тем, что в известной установке демонстрации помпажа входного устройства, содержащей устройство создания воздушного потока, воздухозаборник, выходной патрубок с регулируемым дроссельным устройством и ресивер, согласно изобретению, входное устройство выполнено поворотным в вертикальной плоскости, воздухозаборник и выходной патрубок с регулируемым дроссельным устройством установлены с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости вдоль оси ресивера независимо друг от друга, на входе в воздухозаборник установлены регулятор местного угла набегания потока воздуха, выполненный в виде поворотной панели и регулятор объема воздуха, подаваемого в канал воздухозаборника, на выходе из воздухозаборника установлен регулятор объема воздуха подаваемого в ресивер, а ресивер установлен в корпус, состоящий из продольных упругих элементов с изменяемой жесткостью, при этом форма и внутренние размеры корпуса соответствуют форме и внешним размерам ресивера, регулятор объема воздуха подаваемого в канал входного устройства состоит из подвижной перфорированной панели и вентилятора с регулируемым дроссельным устройством, регулятор объема воздуха подаваемого в ресивер, состоит из подвижной перфорированной панели и вентилятора с регулируемым дроссельным устройством и поворотной створки перепуска.

Сущность изобретения состоит в том, что входное устройство, воздухозаборник и выходной патрубок с регулируемым дроссельным устройством установлены с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости вдоль оси ресивера независимо друг от друга, на входе воздухозаборника установлен регулятор местного угла набегания потока воздуха, выполненный в виде поворотной панели, внутри воздухозаборника установлены регулятор объема воздуха, подаваемого в канал воздухозаборника и регулятор объема воздуха, подаваемого в ресивер, ресивер установлен в корпус, состоящий из продольных упругих элементов с изменяемой жесткостью, при этом форма и внутренние размеры корпуса соответствуют форме и внешним размерам ресивера, регулятор объема воздуха подаваемого в канал воздухозаборника, состоит из подвижной перфорированной панели и вентилятора отбора воздуха из воздухозаборника с регулируемым дроссельным устройством, регулятор объема воздуха, подаваемого в ресивер, состоит из поворотной створки перепуска, а также подвижной перфорированной панели и вентилятора отбора воздуха из ресивера с регулируемым дроссельным устройством.

Как известно, амплитуда и частота помпажных колебаний зависит от объема и длины внутреннего канала входного устройства [см. Нечаев Ю.Н., Федоров P.M., Котовский А.В., Полев А.С.Теория авиационных двигателей, ч. 1, М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2005 г., 366 с., с. 291]. Выполнение воздухозаборника и выходного патрубка с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости вдоль оси ресивера независимо друг от друга позволяет изменять длину канала воздухозаборника и его объем. Перемещение воздухозаборника и выходного патрубка может быть достигнуто, например, установкой их аксиально относительно канала ресивера, за счет перемещения штоков механизмов перемещения.

Кроме того, размещение ресивера в корпусе, состоящего из продольных упругих элементов с изменяемой жесткостью позволяет получать помпажные колебания с различной частотой и амплитудой.

Как известно, одной из причин возникновения помпажных колебаний [см. Нечаев Ю.Н., Федоров P.M., Котовский А.В., Полев А.С.Теория авиационных двигателей, ч. 1, М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2005 г., 366 с., с. 290, рис. 11, 16] является наличие струй воздуха с различным уровнем полного давления, так называемые «ослабленные» зоны течения, в которых значение полного давления меньше среднего значения полного давления. Поэтому, вентилятор, моделирующий поток воздуха, и установленные, согласно изобретению, на входе в воздухозаборник регулятор местного угла набегания потока и регулятор объема воздуха подаваемого в канал входного устройства обеспечивают формирование струй воздуха с различным уровнем полного давления и образованию в канале воздухозаборника «ослабленных» зон течения. Изменяя местный угол набегания потока, регулируя объем отбираемого воздуха из пограничного слоя, регулируя объем воздуха, подаваемого в воздухозаборник и далее в ресивер, можно изменять величину полного давления, а также интенсивность «ослабленных» зон течения внутри канала воздухозаборника, вызывать помпажные колебания, прослеживать их протекание.

Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой представлена схема установки демонстрации помпажа входного устройства в варианте исполнения устройства создания воздушного потока в виде осевого вентилятора, входного устройства, выполненного поворотным в вертикальной плоскости, воздухозаборника, выполненного подвижным в осевом направлении, регулятора местного угла набегания потока в виде поворотной панели, регулятора объема воздуха, подаваемого в канал воздухозаборника состоящего из перфорированной подвижной передней панели и вентилятора отбора воздуха из воздухозаборника с регулируемым дроссельным устройством, регулятора объема воздуха, подаваемого в ресивер, состоящего из поворотной створки перепуска, перфорированной подвижной задней панели и вентилятора отбора воздуха из ресивера с регулируемым дроссельным устройством, подвижного в осевом направлении выходного патрубка на выходе из ресивера с дроссельным устройством в виде подвижного регулирующего элемента.

На фигуре обозначено: 1 - осевой вентилятор, 2 - двигатель, 3 - сопло, 4 - спрямляющая решетка, 5 - воздухозаборник, 6 - механизм перемещения, 7 - ресивер, 8 - передняя панель, 9 - задняя панель, 10 - механизм перемещения панелей, 11 - створка перепуска, 12 - механизм поворота створки перепуска, 13 - регулятор местного угла набегания потока, 14-механизм поворота регулятора местного угла набегания потока, 15 - вентилятор отбора воздуха из воздухозаборника, 16 - вентилятор отбора воздуха из ресивера, 17 - эластичная мембрана, 18 - регулируемое дроссельное устройство отбора воздуха из воздухозаборника, 19 - регулируемое дроссельное устройство отбора воздуха из ресивера, 20 - эластичная оболочка, 21 - упругие элементы с изменяемой жесткостью, 22 - неподвижное кольцо, 23 - подвижное кольцо, 24 - механизм поворота подвижного кольца, 25 - подвижный выходной патрубок, 26 - механизм перемещения выходного патрубка, 27 - дроссельное устройство, 28 - подвижный регулирующий элемент, 29 - механизм перемещения подвижного регулирующего элемента, 30 - передний корпус ресивера, 31- задний корпус ресивера, 32 - механизм поворота входного устройства, 33 - ось поворота входного устройства, 34 - рама, 35 - шток, А - полость канала воздухозаборника, Б - полость отбора воздуха из воздухозаборника, В - полость отбора воздуха из ресивера, Г - полость ресивера.

Назначение механизма перемещения панелей 10, механизма поворота створки перепуска 11, механизма поворота регулятора местного угла набегания потока 14, механизма перемещения выходного патрубка 26, механизма перемещения подвижного регулирующего элемента 29, механизма поворота входного устройства 32 ясны из их названия.

Регулятор объема воздуха, подаваемого в канал воздухозаборника, состоит из перфорированной подвижной передней панели 8 и вентилятора отбора воздуха из воздухозаборника 15 с регулируемым дроссельным устройством 18.

Регулятор объема воздуха, подаваемого в ресивер, состоит из поворотной створки перепуска 11, а также перфорированной подвижной задней панели 9 и вентилятора отбора воздуха из ресивера 16 с регулируемым дроссельным устройством 19. Полость Б, образованная передней створкой 8 и вентилятором отбора воздуха из воздухозаборника 15, разделена эластичной мембраной 17 с полостью В, образованной задней створкой 9 и вентилятором отбора воздуха из ресивера 16.

Воздухозаборник 5 впереди имеет прямоугольное сечение, переходящее в круглое и расположен соосно с передним корпусом ресивера 30.

Механизм перемещения 6 предназначен для изменения объема ресивера за счет перемещения воздухозаборника 5 относительно переднего корпуса ресивера 30. Передняя панель 8 выполнена подвижной и предназначена для изменения объема воздуха поступающего в воздухозаборник 5. Панель 8 выполнена с перфорацией. Задняя панель 9 выполнена подвижной и предназначена для изменения объема воздуха, поступающего в ресивер, также она служит для формирования плавного канала и снижения вероятности отрыва потока поступающего в ресивер 7, также. Панель 9 выполнена с перфорацией. Механизм перемещения панелей 10 предназначен для обеспечения поворота передней панели 8 и задней панели 9. При повороте передней панели 8 и задней панели 9 изменяется проходное сечение канала воздухозаборника и объем воздуха поступающий через него и далее в ресивер 7.

Регулируемое дроссельное устройство отбора воздуха из воздухозаборника 18 может быть выполнено в виде поворотной пластины, изменяющей проходное сечение канала и регулирующей объем воздуха, отбираемый вентилятором 15 из полости Б через отверстия в воздухозаборнике и отверстия в панели 8 [см. Теория авиационных двигателей. Учебно-методическое пособие, под ред. Р.М.Федорова. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006 г., 155 с, с. 31, рис. 2.6, поз. 20]. Регулируемое дроссельное устройство отбора воздуха из ресивера 19 может быть выполнено в виде поворотной пластины, изменяющей проходное сечение канала и регулирующей объем воздуха, отбираемый вентилятором 16 из полости В через отверстия в воздухозаборнике и отверстия в панели 9.

Эластичная оболочка 20 выполняется непроницаемой и прикреплена к ресиверу. Упругие элементы с изменяемой жесткостью 21 закреплены с одной стороны к неподвижному кольцу 22, с другой стороны к подвижному кольцу 23. Створка перепуска 11 выполнена в виде шарнирно закрепленной подвижной панели, установленной на ось. При повороте створка открывает выход части воздуха из полости А канала воздухозаборника. Входное устройство выполнено поворотным относительно оси 33. Подвижная стойка 35 имеет возможность вертикального перемещения за счет механизма 32.

Установка демонстрации помпажа входного устройства работает следующим образом.

Воздух от осевого вентилятора 1 подается через спрямляющую решетку 4 в воздухозаборник 5, проходит через полость А канала воздухозаборника и попадает в ресивер 7. В исходном состоянии воздухозаборник 5 и подвижный выходной патрубок 25 находятся в промежуточном положении, при этом регулятор местного угла набегания потока 13 выставлен параллельно потоку воздуха набегающего на него из спрямляющей решетки 4, створка перепуска 11 закрывает выход воздуха из полости А. Дроссельные устройства 18, 19 закрыты. Панели 8 и 9 находятся в промежуточном положении. Подвижное кольцо 23 находится в промежуточном положении. Дроссельное устройство 27, имитирующее сопротивление газовоздушного тракта ГТД, находится в полностью открытом состоянии, при этом воздух из ресивера 7 через канал Г и дроссельное устройство 27 выходит в атмосферу. Эластичная оболочка 20 под действием перепада давления увеличивается в размерах, растягивая упругие элементы 21.

Для демонстрации явления помпажа необходимо уменьшить площадь прохода воздуха через дроссельное устройство 27 путем перемещения подвижного регулирующего элемента 28.

Из-за неравномерности полного давления в полости А канала воздухозаборника (осуществляется искусственно смещением оси вентилятора, моделирующего набегающий поток) создаются условия для выхода накопившегося в ресивере 7 воздуха на вход в входное устройство. Через «ослабленные» области течения накопившийся в ресивере 7 объем воздуха устремляется в направлении противоположном нормальному движению воздуха в воздухозаборнике. Процесс обратного тока воздуха через воздухозаборник 5 сопровождается звуковым хлопком и наглядно визуализируется уменьшающимся объемом ресивера 7 под действием сил от упругих элементов 21. После того, как давление воздуха в ресивере 7 уменьшается, описанный процесс повторяется, при этом положение регулирующего элемента 28 дроссельного устройства 27 должно быть неизменным. Частота помпажных колебаний зависит от первоначального внутреннего объема ВУ, который регулируется независимым перемещением воздухозаборника 5 и выходного патрубка 25 вдоль оси ресивера 7, а также жесткости упругих элементов с изменяемой жесткостью 21. Изменение внутреннего объема позволяет демонстрировать его влияние на частоту помпажных колебаний, при увеличении объема частота колебаний уменьшается.

Жесткость упругих элементов с изменяемой жесткостью 21 изменяется в пределах упругих деформаций и регулируется при повороте подвижного кольца 23. Изменение жесткости позволяет демонстрировать влияние жесткости корпуса входного устройства на частоту помпажных колебаний. При увеличении жесткости упругих элементов частота колебаний увеличивается.

Изменение угла размещения установки относительно воздушного потока набегающего на воздухозаборник позволяет демонстрировать влияние местного угла набегания потока на возникновение помпажных колебаний. При повороте установки по часовой стрелке угол набегания потока увеличивается. Увеличение угла набегания потока воздуха на регулятор 13 приведет к возникновению на нем срывных явлений, увеличению неравномерности полного давления внутри канала ВУ и более раннему возникновению помпажных колебаний при уменьшении площади прохода воздуха через дроссельное устройство 27. Поворот регулятора 13 и выставление передней кромки параллельно набегающему потоку воздуха приведет к снижению неравномерности полного давления и восстановлению исходного режима работы установки.

Для демонстрации влияния пограничного слоя на возникновение и протекание помпажных колебаний применяется отбор воздуха с передней панели 8. Отбор воздуха осуществляется через перфорацию в передней панели 8 вентилятором 15. При увеличении количества воздуха, отбираемого через переднюю панель 8 происходит снижение неравномерности полного давления в канале воздухозаборника и в полости А, что приводит к восстановлению исходного режима работы установки.

Для демонстрации влияния отбора части воздуха из канала воздухозаборника на возникновение и протекание помпажных колебаний применяется отбор воздуха с задней панели 9 и изменение площади выхода воздуха из полости Б. При увеличении количества воздуха, отбираемого через заднюю панель 9 происходит снижение неравномерности полного давления в канале воздухозаборника и в полости А, а также снижение количества воздуха поступающего в ресивер 7, что приводит к восстановлению исходного режима работы установки.

Для демонстрации влияния отбора части воздуха из полости А перед ресивером 7 на возникновение и протекание помпажных колебаний применяется перепуск воздуха из полости А перед ресивером 7. При открытии створки перепуска 11, которая может быть выполнена поворотной, происходит снижение среднего значения полного давления в полости Айв ресивере 7, происходит снижение количества воздуха поступающего в ресивер 7, что приводит к восстановлению исходного режима работы установки.

Для демонстрации влияния площади проходного сечения канала воздухозаборника применяется регулирование положения передней панели 8 и задней панели 9. Выдвижение панелей внутрь канала воздухозаборника приведет к снижению объема воздуха, поступающего в воздухозаборник, снижению среднего значения полного давления внутри полости А воздухозаборника и в ресивере 7, что ликвидирует помпажные колебания.

Применение предлагаемой «установки демонстрации помпажа входного устройства» позволяет расширить функциональные возможности демонстрации возникновения, протекания и устранения в лабораторных условиях явления помпажа входного устройства авиационной силовой установки и влияние на это явление режима работы двигателя, изменения положения ВУ относительно набегающего потока воздуха и конструктивных особенностей входного устройства: первоначального объема, жесткости оболочки канала ресивера, положения органов управления: поверхностей торможения потока, створки перепуска воздуха, обечайки воздухозаборника (регулятора местного угла атаки), заслонок отбора пограничного слоя.

Изобретение относится к средствам обучения. Установка содержит осевой вентилятор 1, приводимый во вращение электродвигателем переменной мощности 2 с соплом 3 и спрямляющей решеткой 4, позволяющий моделировать набегающий поток, воздухозаборник 5, который перемещается в осевом направлении механизмом 6 и позволяет изменять объем в полости канала воздухозаборника А до ресивера 7, устройство регулирования расхода воздуха через воздухозаборник выполненное в виде подвижной панели 8, устройство регулирования расхода воздуха через ресивер, выполненное в виде подвижной панели 9, перемещение панелей 8 и 9 позволяет изменять площадь входа в воздухозаборник за счет перемещения штока механизма 10, устройство регулирования расхода воздуха в ресивер, выполненное в виде поворотной створки перепуска 11, расположенной на поверхности воздухозаборника и регулируемой механизмом 12, через которую перепускается часть воздуха, регулятор местного угла набегания потока 13, расположенный в передней части воздухозаборника и регулируемый механизмом 14, устройство отбора части воздуха из пограничного слоя на передней панели 8, выполненное в виде вентилятора 15 и регулируемого дроссельного устройства 18, которые обеспечивают разрежение в полости Б и отбор части объема воздуха из воздухозаборника 5, устройство отбора части воздуха из пограничного слоя задней панели 9, выполненное в виде вентилятора 16 и регулируемого дроссельного устройства 19, которые обеспечивают разрежение в полости В и отбор части объема воздуха из ресивера 7, эластичную мембрану 17, разделяющую полости Б и В, ресивер 7, расположенный за воздухозаборником, выполненный в виде тонкостенной растягивающейся непроницаемой оболочки 20, продольных эластичных элементов 21, расположенных снаружи оболочки, соединенных с неподвижным кольцом 22 с одной стороны и подвижным кольцом 23 с другой, механизм поворота подвижного кольца 24, подвижный выходной патрубок 25, который перемещается в осевом направлении механизмом 26 и позволяет изменять объем полости Г после ресивера 7, дроссельное устройство 27 с подвижным регулирующим элементом 28, который перемещается в осевом направлении с помощью механизма 29, передний корпус ресивера 30, задний корпус ресивера 31, механизм поворота входного устройства 32, ось поворота входного устройства 33, раму 34, в которую вставлен подвижный шток 35, перемещаемый вертикально механизмом 32. Подвижная часть ресивера 7 выполнена в виде тонкостенной эластичной оболочки 20, один край которой прикреплен цилиндрическим хомутом к переднему корпусу ресивера 30, а другой край прикреплен к заднему корпусу ресивера 31. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка демонстрации помпажа входного устройства, содержащая устройство создания воздушного потока, воздухозаборник, выходной патрубок с регулируемым дроссельным устройством и ресивер, отличающаяся тем, что входное устройство выполнено поворотным в вертикальной плоскости, воздухозаборник и выходной патрубок с регулируемым дроссельным устройством установлены с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости вдоль оси ресивера независимо друг от друга, на входе в воздухозаборник установлен регулятор местного угла набегания потока воздуха, выполненный в виде поворотной панели, внутри воздухозаборника установлены регулятор объема воздуха, подаваемого в канал воздухозаборника, и регулятор объема воздуха, подаваемого в ресивер, ресивер установлен в корпус, состоящий из продольных упругих элементов с изменяемой жесткостью, при этом форма и внутренние размеры корпуса соответствуют форме и внешним размерам ресивера.

2. Установка демонстрации помпажа входного устройства по п. 1, отличающаяся тем, что регулятор объема воздуха, подаваемого в канал входного устройства, состоит из подвижной перфорированной панели и вентилятора отбора воздуха из воздухозаборника с регулируемым дроссельным устройством, регулятор объема воздуха, подаваемого в ресивер, состоит из подвижной перфорированной панели и вентилятора отбора воздуха из ресивера с регулируемым дроссельным устройством и створки перепуска.