книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок.-2
.pdfПри уменьшении ппр < пп сверхзвуковая зона в СВЗ
пропадает и появляется выбитая головная волна, уменьшается фпч вследствие уменьшения Fu, что приводит к уменьшению
расхода Мсю . Из-за появления выбитой ГВ внешнее сопротив ление СВЗ растет ( Т схвм), так как возрастает диффузорность струи перед входом в СВЗ (Ф срвх)
В результате снижения скорости в канале СВЗ потери пол ного давления первоначально уменьшаются ( Т сгвх), но, по хмере
отхода головной волны от входа в СВЗ, происходит трансфор мация системы косых скачков и суммарные потери полного
давления начинают расти (Ф а вх).
При /7|ф = пи начинается «помпаж» СВЗ.
5.5.9. Регулирование СВЗ
Задачи регулирования СВЗ:
1. Согласование расходов воздуха через СВЗ с расходом воздуха через двигатель при изменении режима полета (М)
ирежима работы двигателя ( п ).
2.Предотвращение неустойчивых режимов работы СВЗ.
3.Обеспечение максимальных значений а*ХП1. и мини
мальных сЧ11.
4. Обеспечение максимальной эффективной тяги двигателя на всех режимах полета при достаточном запасе устойчивости.
В основу регулирования СВЗ положен принцип «подстраи вания» его пропускной способности к прокачивающей способ ности ОК.
Пропускная способность СВЗ определяется пропускной способностью системы скачков на входе в СВЗ ( М вм) и горла
(/V/Dr ). Следовательно, при регулировании СВЗ необходимо из
менять площадь горла Fr и углы наклона скачков Z a или их
положение относительно обечайки СВЗ. Конструктивно это реализовано для осесимметричных и плоских СВЗ по-разному
Разделим левую и правую части уравнения (5.1) на |
p*F0 |
|||||||
к получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
< 1 (Ю |
/-о |
— Р м |
х) ^ |
|
(5 2) |
||
|
Тс |
р,: V c |
' |
|
|
|||
С |
учетом того, |
|
что |
F„ / F0 = фох; |
р т“ / р"„ - |
а 'вх; |
||
F„/F0 - FBX; Т* = Твх, уравнение (5.2.) примет вид: |
|
|||||||
|
Л |
)Фвх = К М К |
|
)Fm ■ |
|
(5.3) |
||
Из уравнения (5.3) выразим ф8Х |
|
|
|
|
||||
|
ПО^ |
* |
q(K X) ^ |
|
(5 4) |
|||
|
V o x |
|
U 0X |
, |
' |
OX • |
|
|
|
|
|
|
<7U„) |
|
|
|
|
Зная число M полета, то есть величину q(X„), и определив |
||||||||
<у(А0Х) |
для соответствующего |
режима |
работы |
двигателя |
( п ), |
|||
а также оценив максимально возможное для заданного режима значение а ох
<*« = < , |
(5-5) |
где а ш - коэффициент сохранения полного давления в системе скачков перед входом в СВЗ; o*s - коэффициент сохранения полного давления в 5-скачке; а* - коэффициент сохранения полного давления, учитывающий потери на «иерерасширение» горла; а*р - коэффициент сохранения полного давления, учи
тывающий потери на трение, можно вычислить ф™тр |
для раз |
|
личных чисел |
iVl полета (рис. 5.24). |
|
Величина |
ф™тр зависит, в первую очередь, от М |
и рас |
ходных характеристик двигателя (л пр). При увеличении тс*
Рис. 5.24. Зависимость ср^тг,(м )
Для определения Frn0Tp хода для сечений н-н и г-г:
(напористости ОК) темп снижения ф™тр с уменьше
нием М полета замедляется,
так как |
ускоряется рост |
|
Л |
х ) ‘ |
|
|
При |
использовании |
в |
современных двигателях |
|
высоконапорных ОК значе ние ср"“тр значительно пре вышает фр“сп нерегулируе мого СВЗ. Регулирование СВЗ должно в данном слу чае сводиться к увеличению фр“сп до значений фЦ"1* при изменении числа М полета.
запишем уравнение рас-
P' 4 ( K ) F„ = ~ ^ q ( .K )F r. |
|
(5.6) |
|||
f t : |
f t : |
|
|
|
|
Разделим левую и правую части уравнения |
(5.6) на |
p*tF0 |
|||
и получим: |
|
|
|
|
|
о ( К ) |
F» _ p * |
ci(K ) |
Fr |
|
(5.7) |
f t : |
Fo р,i |
f t ; |
Fo |
|
|
|
|
||||
С учетом того, что |
— = cp |
|
|
Г* = Т |
|
|
Fo |
|
|
*11 |
* г |
|
|
|
|
|
|
уравнение (5.7) примет вид: |
|
|
|
|
|
<l(K)<V«*=ajl(K)Fr- |
|
(5.8) |
|||
|
фГ р |
д (К ) |
|
(5.9) |
|
< , |
Л ) |
’ |
|
|
|
|||
учитывая, |
что q(kr) = const, так |
как |
Аг =АГ1ф=1; /уП07Т1 = |
|
= KrFrHnT |
и подставив в уравнение |
(5.9) |
выражение для ср™тр, |
|
получим: |
|
|
|
|
|
г.потр |
<7(^вх) -F |
(5.10) |
|
|
const |
|||
|
|
|
||
Чем выше п к р, тем зна чительнее требуется увели чить ~Fr при уменьшении М
полета (рис. 5.25). Это объяс няется тем, что чем выше
я, тем интенсивнее растет
<у(Лич) |
при |
уменьшении |
|
|
|
|||
М полета. |
|
|
|
|
|
|
||
При |
программе |
регули |
|
|
|
|||
рования |
/7пр |
= const |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
М |
||
Н > 11 км (Тн =const), М расч= 2,5, П р = const |
||||||||
|
|
|
|
|||||
</(*■ их ) = |
c o n s t |
= > |
^Г.потр |
= |
|
|
|
|
= const |
регулировать |
Fr |
не Рис. 5.25. Зависимости |
Fr n0Tp(M) |
||||
требуется (см. рис. 5.25). Это объясняется тем, что при уменьшении М полета для поддержа
ния |
|
п |
= const |
автоматически |
уменьшается |
|||
/ |
|
I п , / ш |
|
|
|
|
|
|
! |
|
- = const |
следовательно, уменьшается |
М |
||||
п I |
п,1П= —- |
--- |
||||||
|
'lip |
f i n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и баланс |
расходов |
( i М свз |
М пп) сохраняется. Однако, |
при |
||||
реализации ПР |
п |
= const, |
снижается расход |
М аа, следова |
||||
тельно, снижается тяга R .
При увеличении М >М рас., косые скачки заходят в СВЗ, растет Mar(Т сг) , горло перерасширено Fr > Fr-noip . Конус вы
двигают (Т LK), уменьшается FT (рис. 5.26, а), а скачки уплот нения «вытаскиваются» из СВЗ и фокусируются на передней кромке обечайки (рис. 5.26, б).
Рис. 5.26. Регулирование СВЗ при изменении М
Пропускная способность системы косых скачков восста навливается, но так как на входе в СВЗ восстанавливается замы кающий прямой скачок, скорость в горле уменьшается с, до скр, и А/0 г уменьшается.
Восстанавливается баланс расходов Мг = М аа, и СВЗ ус тойчиво работает при М > Мрасч.
При полностью выдвинутом конусе (М .) и продолжаю щемся росте М >М рсг открываются створки перепуска (противопомпажные створки) за горлом (Т a tT), и избыточный воздух сбрасывается во внешний поток.
При уменьшении М < М расч конус убирается внутрь СВЗ,
при этом увеличивается Fr , следовательно, увеличивается Мв г,
а система косых скачков приближается к передней кромке обе чайки.
Вследствие роста срох увеличивается расход через входное
сечение СВЗ, и баланс расходов восстанавливается.
При больших расчетных М полета величина срвх на ма
лых сверхзвуковых скоростях значительно меньше единицы, что приводит к резкому увеличению схви вследствие значительной диффузорности струи перед входом в СВЗ.
В этом случае для снижения сх 01. применяют створки пере пуска (противопомпажные створки). То есть через СВЗ пропус кают заведомо больше воздуха для того, чтобы увеличить фох
и, следовательно, уменьшить схвм. Но так как в этом случае iV/Ci,3 > М избыточный воздух из пространства за горлом вы
пускают во внешний поток через створки перепуска для восста новления баланса расходов ( М свз = Мдв). Вследствие уменьше
ния диффузорности струи перед входом СВЗ уменьшается с\ 0|1.
|
При уменьшении |
п < пр |
|
|||||
уменьшается |
М рл < М свз, |
|
||||||
растет р их, и появляется |
вы |
|
||||||
битая |
головная |
волна, |
что |
|
||||
приводит к резкому |
сниже |
|
||||||
нию |
коэффициента |
расхода |
|
|||||
фцх |
и росту |
сх>В||, а также рос |
|
|||||
ту |
потерь |
полного |
давления |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5.27. Регулирование СВЗ |
|
В этом случае конус вы- |
при изменении п |
||||||
|
|
|||||||
двигается ( i LK), уменьшает |
|
|||||||
ся |
Fr (рис. 5.27), уменьшается М в г , восстанавливается баланс |
|||||||
расходов ( Мсвз = М по), уменьшается р вх, и сверхзвуковая зона за горлом восстанавливается.
Косой скачок на входе в СВЗ сохраняет свой наклон и не много отходит от передней кромки обечайки, но выбитая голов ная волна не образуется. Однако, вследствие уменьшения (рвх,
незначительно возрастает сх01| и уменьшается а вх
При полностью выдвинутом конусе ( п2) и продолжающем ся уменьшении и < п2 открываются створки перепуска (противопомпажные створки) за горлом, и избыточный воздух сбрасы вается во внешний поток.
Конструктивно величина выдвижения и уборки конуса ог раничена. Поэтому для сохранения заданной пропускной спо собности СВЗ при полностью выдвинутом конусе в корпусе СВЗ за горлом делают дополнительную противопомпажную створку, которая открывается избыточным давлением р вх на
ружу и выпускает избыточный воздух ( i Мсвз) в тех случаях, когда возможности регулирования перемещением конуса ис черпаны.
Б. Программа регулирования СВЗ при изменении Т И
Изменение Ги |
(изменение |
Н полета) |
при |
М = const |
|||||
и п =const |
приводит к изменению |
Г*х. Вследствие этого изме |
|||||||
няется прокачивающая способность ОК, так как |
ппр ~ n! |
|
|
||||||
и, как следствие, расход воздуха через двигатель |
М дв |
|
|
|
|||||
При увеличении |
7"м(ф //) уменьшается |
ппр, следовательно, |
|||||||
снижается |
расход Мйа < Мсвз, необходимо |
выдвинуть |
конус |
||||||
|
|
( Т LK) для |
уменьшения |
Fr |
|
||||
|
|
=>1 А^свз |
и |
восстановления |
|||||
|
|
баланса расходов ( Млв = М свз) |
|||||||
|
|
(рис. 5.28). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При полностью |
выдвину |
|||||
|
|
том конусе (Гм2) и продолже |
|||||||
|
|
нии роста |
Ти > Ти2, открывают |
||||||
|
|
ся створки перепуска ( Т Z a ^ ). |
|||||||
Рис. 5.2S. Регулирование СВЗ |
Вывод: |
Применение |
все- |
||||||
|
|
рсжимного непрерывного регу |
|||||||
при изменении Т и |
|
СВЗ |
позволяет |
при |
|||||
|
|
лирования |
|||||||
СВЗ в области а вх тах с максимальным запасом устойчивости по
«помпажу» и «зуду». Это особенно актуально для военных ма невренных самолетов.
Контрольные вопросы
1.Назначение и основные параметры воздухозаборников.
2.Основные требования к воздухозаборникам и их класси фикация.
3.Изобразить схему и пояснить работу дозвукового возду хозаборника на расчетном режиме.
4.Изобразить схему и пояснить работу сверхзвукового нерегулируемого воздухозаборника на расчетном режиме.
5.Изобразить схемы и пояснить работу сверхзвукового нерегулируемого воздухозаборника на расчетном режиме.
6.Изобразить схемы и пояснить работу сверхзвукового нерегулируемого воздухозаборника на неустойчивых режимах.
7.Изобразить дроссельные характеристики и объяснить ха рактер изменения критериев эффективности при изменении час тоты вращения ротора.
8.Изобразить скоростные характеристики и объяснить ха рактер изменения критериев эффективности при изменении ско рости полета.
9.Задачи и способы регулирования сверхзвуковых возду хозаборников
Задача
Определить площадь входного сечения F0 и длину кониче
ского дозвукового воздухозаборника, если потребный расход воздуха через двигатель Л/дв = 60 кг/с, скорость и плотность воз духа на входе в двигатель соответственно свх = 170 м/с, рвх =
= 0,882 кг/м3, угол уширения диффузора у = 8°, относительная
площадь входа F0/F BX= 0,8.
6. ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В ОСНОВНЫХ КАМЕРАХ СГОРАНИЯ (КС) ВРД
6.1.Назначение камер сгорания ВРД
итребования к ним
Камера сгорания (КС) ВРД предназначена для повышения
температуры рабочего тела (воздуха) от 7К1 до 7Г, путем сжига
ния в нем горючего.
От устойчивой работы КС зависит устойчивая работа п экономичность ВРД в целом.
Требования, предъявляемые к КС
1.Устойчивое горение топлива в широком диапазоне со ставов топливно-воздушной смеси (ТВС), давления, температур
искоростей, поступающего в КС воздуха, при изменении режи мов полета ( М, Н ) и режима работы двигателя ( п ).
2.Высокая полнота сгорания топлива. При этом обеспечи
вается лучшая экономичность, отсутствие догорания топлива
вГГ, уменьшение выбросов вредных веществ из ВРД.
3.Надежное воспламенение топлива (независимо от внеш них условий). Это позволяет обеспечить надежный запуск дви
гателя во всем диапазоне Т1{ и М 4. Высокая теплонапряженность:
Q KC “ |
Лг^тНи |
(6.1) |
|
VKCPI ’
где Г|( - коэффициент полноты сгорания топлива в КС; VKC - рабочий объем КС; Ни - теплотворная способность топлива.
Увеличение QKC позволяет уменьшить габариты и мас су КС.
(2ксЛ“ (40...50) ккал/м2 что в (10... 15) раз выше, чем
QKC паровозной топки.
5.Минимальные гидравлические потери полного давления
вКС. Эго способствует снижению суммарных потерь полного