О входных устройствах ГТД…. Воздухозаборники: значение, требования и виды Вопросы выбора и замены воздухозаборников

Сверхзвуковые самолеты должны иметь соответствующего типа воздухозаборники, т.к. передняя часть компрессора не может справиться со сверхзвуковым потоком. На дозвуковых скоростях воздухозаборник должен обладать свойствами восстановления давления дозвукового воздухозаборника, но на сверхзвуковых скоростях он должен понижать скорость потока воздуха ниже скорости звука и контролировать образование скачков уплотнения.

Площадь сечения сверхзвукового диффузора от передней части к задней постепенно уменьшается, что способствует снижению скорости потока ниже значения 1М. Дальнейшее снижение скорости достигается в дозвуковом диффузоре, площадь сечения которого увеличивается по мере приближения к входу компрессора. Для правильного замедления потока в скачках уплотнения очень важно контролировать их образование в воздухозаборнике. Применение воздухозаборников изменяемой геометрии позволяет правильно контролировать скачки уплотнения; они также могут иметь перепускные створки для спуска воздуха из воздухозаборника без изменения его скорости.

Рис. 2.2. Воздухозаборник с изменяемым горлом (основан на оригинальном чертеже Rolls-Royce)

Рис. 2.3. Воздухозаборник с внешним/внутренним сжатием (основан на оригинальном чертеже Rolls-Royce)

Подвижные воздухозаборники

У подвижных воздухозаборников изменяется площадь входного поперечного сечения (Concorde) с помощью подвижного центрального конуса (SR 71). Это позволяет контролировать скачок (скачки) уплотнения на входе компрессора.

Эксплуатационные расчеты

Взлет . Воздухозаборник двигателя разработан для поддержания стабильного воздушного потока на входе компрессора; любые нарушения потока, вызывающие его турбулентность, могут вызвать срыв потока или помпаж компрессора.

Воздухозаборник не может справиться с большими углами атаки и поддерживать стабильный поток воздуха. Один из наиболее критических моментов возникает во время ускорения двигателя до взлетной тяги. На поток воздуха в воздухозаборнике может повлиять любой боковой ветер, особенно на двигатели, установленные в хвосте и имеющие воздухозаборники S-образной формы (TriStar, 727). Для предотвращения возможного срыва потока и помпажа в эксплуатационных руководствах предусмотрена процедура, которым необходимо следовать. Она обычно заключаются в поступательном перемещении самолета перед плавным повышением режима работы до взлетного, примерно 60 – 80 узлов (взлет без остановки).

Обледенение . В определенных условиях может произойти обледенение воздухозаборника. Обычно это происходит, когда температура наружного воздуха ниже +10°, присутствует видимая влажность, стоячая вода на ВПП или дальность видимости на полосе менее 1 000 м. Если данные условия присутствуют, пилот должен включить антиобледенительную систему двигателя.

Повреждение . Повреждение воздухозаборника или любая шероховатость внутри его канала может вызвать турбулентность входящего потока воздуха и нарушить поток в компрессоре, вызывая срыв или помпаж. Будьте внимательны к повреждениям и неравномерной шероховатости поверхности панелей обшивки при осмотре воздухозаборника.

Всасывание посторонних предметов . Всасывание посторонних предметов во время нахождения самолета на земле или вблизи нее неизбежно вызывает повреждение лопаток компрессора. Уделяйте достаточное внимание зоне на земле перед воздухозаборниками двигателей перед их запуском, чтобы гарантировать отсутствие валяющихся камней и другого мусора. Это не относится к двигателям, установленным на хвосте, чьи воздухозаборники расположены над фюзеляжем; они намного меньше страдают от всасывания посторонних предметов.

Турбулентность в полете . Сильная турбулентность в полете может не только заставить пролить кофе, но и нарушить воздушный поток в двигателях. Использование механической скорости для прохождения турбулентности, указаннойв эксплуатационном руководстве, и правильного значения RPM/EPR поможет снизить вероятность неисправности в компрессоре. Также может быть целесообразно или необходимо активировать непрерывное зажигание для снижения вероятности срыва пламени в двигателе.

Наземные операции . Большинство повреждений компрессора вызвано всасыванием посторонних предметов. Повреждение лопаток компрессора приводит к изменению геометрии системы, что может повлечь ухудшение производительности, срыв потока в компрессоре и даже помпаж двигателя. Для предотвращения возникновения таких повреждений важно принимать предварительные меры по удалению мусора (обломков) из зоны стоянки. Далее пилот во время предполетного осмотра должен убедиться в отсутствии посторонних предметов в воздухозаборниках двигателей. Ответственность на этом не заканчивается, после полета необходимо установить заглушки на входные и выхлопные каналы для предотвращения накапливания загрязнений и авторотации.

Во время запуска, руления и реверсирования тяги в воздухозаборник могут всасываться посторонние предметы, и для предотвращения потенциального повреждения необходимо применять минимальную тягу.

Во время работы ГТД происходили серьезные повреждения и некоторые с летальным исходом из-за всасывания персонала в воздухозаборники. При необходимости выполнять работы в непосредственной близости от работающего двигателя необходимо соблюдать особую осторожность.

ГЛАВА 3 – КОМПРЕССОРЫ

Компрессор

· Перечисление назначений компрессора.

· Описание центробежного и осевого типов компрессоров, применяемых для авиационных двигателей.

· Название основных компонентов ступени компрессора и описание их функций.

· Описание изменений газовых параметров (p, t, v) в ступени компрессора.

· Определение термина «степень повышения давления» и указание ее величины для ступени центробежного и осевого компрессоров.

· Указание достоинств двухступенчатого центробежного компрессора.

· Перечисление преимуществ и недостатков центробежного компрессора по сравнению с осевым.

· Название некоторых двигателей, имеющих осевой и центробежный компрессоры.

· Объяснение сужения кольцевого воздушного канала в осевом компрессоре.

· Указание входной и выходной скорости ступени осевого компрессора.

· Указание, что осевые компрессоры имеют степени повышения давления до 35 и выходные температуры до 600°C.

· Описание причины крутки лопаток компрессора с помощью треугольников скоростей.

· Указание назначения ВНА.

· Указание причины щелканья компрессора при вращении на земле, т.е. из-за авторотации.

· Описание конструкции двух-(и трех-)вальных компрессоров современных двигателей, принципов их работы и достоинств.

· Определение терминов «срыв потока компрессора» и «помпаж».

· Указание следующих условий, вызывающих срыв потока и помпаж:

o резкое увеличение расхода топлива при повышении оборотов (RPM);

o низкие обороты, т.е. малый газ;

o сильный боковой ветер на земле;

o обледенение воздухозаборника двигателя;

o загрязнение или повреждение лопаток компрессора;

o повреждение воздухозаборника двигателя.

· Описание следующих индикаторов срыва потока и помпажа:

o ненормальный шум в двигателе;

o вибрации;

o колебания RPM;

o повышение EGT;

o иногда вырывание горящих газов из воздухозаборника и выхлопного устройства.

· Перечисление действий пилота в случае срыва потока.

· Описание конструктивных методов для минимизации вероятности возникновения срыва потока и помпажа.

· Указание мер для пилота по предотвращению возникновения срыва потока и помпажа.

· Описание диаграммы компрессора (диапазон помпажа) с линиями RPM, границы срыва потока, устойчивой работы и ускорения.

021 03 03 03 Диффузор. Описание функций диффузора

Типы компрессоров

Перед добавлением топлива в камеры сгорания и последующего расширения продуктов сгорания в турбинах, воздух необходимо сжать.

Существует два основных типа компрессоров, применяемых в настоящее время в двигателях: один формирует осевой поток через двигатель, а другой создает центробежный.

В обоих случаях компрессоры приводятся турбиной, которая соединяется с рабочими колёсами компрессоров при помощи вала.

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к воздухозаборникам. Воздухозаборник самолета с турбовинтовым двигателем включает кольцевой канал (1), разделитель потока (5), выходной канал (6) очищенного воздуха, выходной канал (7) выброса посторонних частиц и предметов и пылезащитное устройство. Пылезащитное устройство установлено в месте перегиба канала, на его внутренней стенке (3), и выполнено кольцевым створчатым. Створки (4) в закрытом положении расположены с перекрытием друг друга и повторяют форму внутренней стенки канала в месте их расположения, а в открытом положении - створки образуют веерную конструкцию, установленную под углом к внутренней стенке канала по потоку, причем угол установки створок составляет не более 70° для изменения формы профиля кольцевого канала и направления частиц и предметов в канал выброса. Изобретение повышает эффективность работы воздухозаборника в отношении функции защиты двигателя самолета от попадания в его тракт посторонних частиц и предметов. 5 ил.

Рисунки к патенту РФ 2305054

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к воздухозаборникам, подводящим воздух к турбовинтовому двигателю, главным образом на самолетах местных воздушных линий, эксплуатирующихся как на аэродромах с бетонным покрытием, так и на грунтовых аэродромах.

На данных самолетах в наземных условиях, таких как запуск и опробование двигателей на стоянке, руление по аэродрому, разбег при взлете, пробег после посадки, без принятия специальных мер защиты в двигатели могут попасть через воздухозаборник частицы пыли различного размера, мелкие камни или кусочки бетона, вылетающие из-под переднего колеса. Кроме того, при запуске двигателя в него могут попасть оставленные при наземных работах возле входа в воздухозаборник или непосредственно в нем небольшие крепежные болты, гайки, шайбы, контровочная проволока и т.д.

Использование в силовых установках самолетов пылезащитных устройств, подобных установленным на вертолетах, нецелесообразно, ввиду существенно больших скоростей полета самолетов и вследствие этого, больших потерь полного давления воздуха в канале пылезащитного устройства.

Известна конструкция воздухозаборника фирмы Rolls-Royce (Англия) применительно к самолету с турбовинтовыми двигателями RB-550, проспект фирмы Rolls-Royce по двигателю RB-550, 1986 г., стр.1-2, 12.

В данной конструкции канал подвода воздуха на самолете к двигателю по конструкции напоминает -образное пылезащитное устройство вертолетного двигателя в отношении раздвоения в его канале потока на поток очищенного воздуха, поступающего к компрессору двигателя, и поток, отсасываемый с посторонними частицами и предметами.

Недостатком данного технического решения является то, что на участке от входного сечения до разделителя потоков канал практически не изогнут, и он не создает необходимых центробежных сил в потоке для сепарации частиц мелких и средних размеров.

Известно, что крупные частицы и посторонние предметы, попадая во вход канала воздухозаборника под некоторым углом к его оси и могут сепарироваться только в результате направленных отскоков в отсасываемый поток. Однако организация направленнных отскоков частиц в воздухозаборнике в результате удара их о стенки его канала, а также о какие-либо препятствия в нем фирмой «Роллс-Ройс» не предусмотрена.

Технической задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности работы воздухозаборника в отношении функции защиты двигателя самолета от попадания в его тракт посторонних частиц и предметов.

Технический результат достигается в заявляемом воздухозаборнике самолета с турбовинтовым двигателем, выполненном в виде кольцевого канала, разделителя потока, выходного канала очищенного воздуха, выходного канала выброса посторонних частиц и предметов, пылезащитного устройства, причем пылезащитное устройство установлено в месте перегиба канала, на его внутренней стенке, и выполнено кольцевым створчатым, при этом створки в закрытом положении расположены с перекрытием друг друга и повторяют форму внутренней стенки канала в месте их расположения, а в открытом положении - створки образуют веерную конструкцию, установленную под углом к внутренней стенке канала по потоку, причем угол установки створок составляет не более 70° для изменения формы профиля кольцевого канала и направления частиц и предметов в канал выброса.

Наличие в канале воздухозаборника пылезащитного устройства, выполненного кольцевым створчатым, обеспечивает при рабочем веерном расположении его створок эффективную сепарацию посторонних частиц и предметов за счет создания в нем криволинейного течения потока и кроме того, лопатки образуют препятствия, при ударе о которые крупные частицы и посторонние предметы отскакивают в отсасываемый поток и удаляются.

На фиг.1 схематично изображен внешний вид воздухозаборника самолета с турбовинтовым двигателем и размещенное в воздухозаборнике пылезащитное кольцевое створчатое устройство.

На фиг.2 схематично показано положение створок пылезащитного устройства на профильном сечении кольцевого канала воздухозаборника в сложенном их виде с перекрытием друг друга.

На фиг.3 схематично показано положение створок пылезащитного устройства на профильном сечении кольцевого канала воздухозаборника, установленных под углом к его внутренней стенке по потоку.

На фиг.4 схематично изображен внешний вид створок в сложенном виде с перекрытием друг друга на внутренней стенке кольцевого канала воздухозаборника и повторяющих форму кольцевого канала.

На фиг.5 схематично изображен внешний вид створок в рабочем положении, а именно установленных под углом к внутренней стенке кольцевого канала воздухозаборника по потоку.

Воздухозаборник самолета с турбовинтовым двигателем, включающий на фиг.1 пылезащитное кольцевое створчатое устройство, которое размещенно на внутренней стенке его кольцевого канала, состоит из канала 1, внешней стенки 2, внутренней стенки 3, и имеет створки 4, установленные на внутренней стенке 2 кольцевого канала 1, разделителя потока 5, выходного канала 6 очищенного воздуха, выходного канала 7 для выброса посторонних частиц и предметов. Воздухозаборник распложен в мотогондоле 8 самолета с турбовинтовым двигателем. Позиции 9 и 10 - соответственно втулка воздушного винта и воздушный винт самолета.

Работа воздухозаборника самолета с турбовинтовым двигателем, включающим пылезащитное кольцевое створчатое устройство, осуществляется следующим образом.

При полете самолета, когда попадание пыли и посторонних предметов в двигатель исключено, пылезащитное кольцевое створчатое устройство, состоящее из створок 4, находится в сложенном положении, фиг.2 и 4, при котором створки 4 совместно с остальной частью внутренней стенки 3 кольцевого канала 1 воздухозаборника образуют ровную поверхность и повторяют форму канала. При этом воздухозаборник работает в расчетном для полета режиме.

Дополнительных гидравлических потерь от наличия створок 4 в воздухозаборнике практически не возникает.

При нахождении самолета в условиях возможного попадания пыли и посторонних предметов в двигатель, створки 4 внутренней стенки 3 устанавливают под некоторым углом, но не более 70° к остальной части внутренней стенки кольцевого канала 1 воздухозаборника, фиг.3 и 5. При этом плавность течения потока в кольцевом канале 1 воздухозаборника существенно не нарушается, т.к. угол обращен в сторону, противоположную направлению течения потока в канале 1.

Величину угла установки створок 4 выбирают в зависимости от конкретной конструкции воздухозаборника самолета, но не более 70° для изменения формы профиля кольцевого канала и направления частиц и предметов в канал выброса.

Установка створок 4 под углом к внутренней стенке 3 кольцевого канала 1 изменяет форму его профиля и, тем самым, повышает эффективность сепарации частиц и посторонних предметов, в виду возникновения центробежных сил в потоке, воздействующих на частицы и посторонние предметы, а также в виду придания ударившимся о створки 4 частицам и предметам направления отскока, способствующего их попаданию в канал 7 выброса.

Управление положением створок 4 в воздухозаборнике может осуществляться любым из приемлемых в каждом конкретном случае способов - электрическим, пневматическим или механическим, например тросовая проводка. Это упрощается тем, что створки конструктивно связаны между собой в едином узле.

Для того чтобы избежать образования льда на створках в условиях возможного обледенения, створки могут оснащаться, например, электрическим противообледенительным устройством.

Таким образом, применение предлагаемого технического решения позволяет в значительной степени повысить защищенность двигателей от попадания в их тракт посторонних частиц и предметов в условиях эксплуатации на самолетах с турбовинтовым двигателем.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Воздухозаборник самолета с турбовинтовым двигателем, выполненный в виде кольцевого канала, разделителя потока, выходного канала очищенного воздуха, выходного канала выброса посторонних частиц и предметов, пылезащитного устройства, отличающийся тем, что пылезащитное устройство установлено в месте перегиба канала на его внутренней стенке и выполнено кольцевым створчатым, при этом створки в закрытом положении расположены с перекрытием друг друга и повторяют форму внутренней стенки канала в месте их расположения, а в открытом положении створки образуют веерную конструкцию, установленную под углом к внутренней стенке канала по потоку, причем угол установки створок составляет не более 70° для изменения формы профиля кольцевого канала и направления частиц и предметов в канал выброса.

Когда вы совершаете свой вечерний моцион вокруг самолёта, то невольно оглядываетесь в поисках интересного для поржать.
И конечно же, у вас при этом возникают много вопросы.
Ну, несомненно, что это за штука там торчит, или для чего, впрочем, нужна вот эта дырка?

Именно поэтому сегодня мы поговорим о системе кондиционирования воздуха.

Надо под сказать, что система кондиционирования воздуха (СКВ) на самолётах обычно считается довольно сложной.
Но я постараюсь, чтобы все даже поняли, зачем оно там растёт и как работает. Не говоря уже о с важным видом объяснить соседу по полати.
Поэтому сначала обучимся теории, а там и до фоток дойдёт.

1. Для чего это нужно?
Человек любит дышать. Ему это как-то надо. Всё время.
Дышать ему надо в определённом диапазоне давления и температуры воздуха, иначе к счастливым родственникам долетят не все. Ведь на высоте давления воздуха мало, и он ещё и очень холодный.
Человеков в салуне много.
И вот это много надо снабдить воздухом в потребном количестве и комфортной температуры (и давления).
Этим, собственно, и занимается СКВ.

2. Из чего ён состоит и где находится?
В составе СКВ много всяких разных штук, но принципиально мы имеем следующее:
2.1. Систему отбора воздуха от двигателей и вспомогательной силовой установки (ВСУ).
2.2. Систему подготовки воздуха.
2.3. Систему распределения воздуха до потребителей.
Сегодня мне интересно рассказать о большей части именно что второго кусочка этой всем хорошей системы.

3. Как оно выглядит и работает.
Как всем нам давно уже стало понятно, бОльшая часть работы по подготовке воздуха выполняется как раз установками кондиционирования (Air Conditioning Packs), так что про эти самые паки (иже херувимы) я сейчас и немножко покажу и расскажу.
Паки обычно находятся под салоном, в районе центроплана. Вот мы как раз и откроем створочку:

Видим мы там примерно следующее:
два здоровых теплообменника (воздухо-воздушных радиатора = ВВР) серебристого цвета

, левее - чёрные пластиковые кожухи для прососа воздуха через ВВРы, и много труб.

Тут вот какая штука.
Воздух для работы системы отбирается от компрессора ВСУ или от компрессоров двигателей (если они запущены).
Там он очень горячий - сотни градусов. Если бы мы жили только зимой, то всё было бы попроще - охладили бы его, да и подали в салон.
Но у нас ведь бывают и весьма положительные температуры, при которых хочется салон не то чтобы не сильно подогреть, а очень даже и охладить.
Поэтому в СКВ мы должны поиметь холодильник неслабой такой производительности (салон на 170 горячих парней - ага?), причём желательно, чтобы он работал без привлечения сторонних ресурсов вроде электроэнергии.
Такая задача хорошо решилась с привлечением законов физики.
Как известно, воздух, как и любой газ, охлаждается при расширении. А ещё лучше он охлаждается, если у него ещё и отобрать энергию принуждением к работе.
Оба два этих способа используются в устройстве, называемом "турбохолодильник" (по-английски используют термин Air Cycle Machine = ACM). Вот он серенький такой чуть левее середины:

В нём бывший горячий воздух (а сейчас слегка уже охлаждённый в ВВР), но всё ещё под давлением, совершает работу по вращению турбины, и при этом расширяется и охлаждается.

Теперь можно уже упрощённо объяснить работу СКВ в целом.
Горячий воздух отбирается от ВСУ или двигателей,
предварительно охлаждается в теплообменниках (ВВР),
затем приводит турбину турбохолодильника и охлаждается там до температуры чуть выше нуля (чтобы не замёрзли пары воды),
а потом к нему подмешивается горячий воздух в количестве, необходимом для получения заданной из кабины температуры.
И в результате мы получаем в салоне прохладный воздух летом или тёплый - зимой.

Ещё немного деталей.

Вот такой хитрой формы воздухозаборник имеется практически у всех самолётов.

Через него забирается воздух на продувку ВВР. По этому характерному виду можно сразу понять, где у самолёта находятся паки кондиционирования.
У большинства самолётов паки находятся снизу центроплана.
А вот у Ан-148 - сверху:

(заборник воздуха - в правом верхнем углу фото)
Ну, и ещё у некоторых оригиналов они бывают в носу.

Проходное сечение канала воздухозаборника регулируется. На 737 - подвижной стенкой входной части канала со стороны фюзеляжа.
Этим регулируется охлаждение ВВР - ведь на высоте набегающий поток очень холодный (-60 градусов) и скоростной, так что створочку лучше прикрыть.

Характерным для 737 является наличие щитка перед каналом воздухозаборника:

Его установили, чтобы меньше всякой гадости попадало на разбеге - ведь фюзеляж у 737 сидит довольно низко, а грязь из-под передних колёс иногда летит.
У Эйрбасов входники находятся гораздо выше, и там таких щитков нету.

Между паком и нишей шасси, снизу, находится выходное отверстие для продувочного воздуха:

Оттуда дует слегка тёплым, и зимой там может быть интереснее, чем вокруг.

Кстати, во время стоянки, когда нет набегающего потока для продувки ВВРов, воздух через них просасывается вентилятором, который приводится той самой турбиной турбохолодильника.
Вот и полезная работа, которую он совершает при охлаждении воздуха. Сам себя обеспечивает, так сказать:)

При охлаждении воздуха содержащиеся в нём парЫ воды конденсируются в капли. Эта вода отводится из холодного воздуха, и впрыскивается в поток, направляемый на ВВРы. Таким образом, испаряя эту воду, они охлаждаются ещё сильнее.

Тэк-с... воздух мы с горем пополам охладили.
Теперь как бы порегулировать и вообще в тепло.

Регулировка температуры воздуха производится подмешиваением к холодному воздуху горячего.
На 737-800 вся герметичная часть фюзеляжа разделена на три условных зоны: кабина экипажа, передняя и задняя части пассажирского салона. Тремя же клапанами и подмешивается горяченькая.
Соответственно, в кабине экипажа, на потолочной панели, имеются три задатчика температуры:

(вот они внизу фотки)
Над ними находятся индикаторы отказа соответствующих каналов контролирующей аппаратуры.
Ещё выше - выключатель подмешивания горячего воздуха.
Слева вверху - прибор для контроля температуры воздуха в магистралях и в салоне.
Вверху справа - переключатель для выбора, а чего, собственно, температуру смотреть будем.

При отказе регулирования температуры воздуха паки сами перейдут на выдачу какой-то средней температуры вроде +24 градусов.

Для того, чтобы поэкономить на воздухе, обычно работают вентиляторы рециркуляции воздуха в пассажирской кабине.
Вот их выключатели как раз присели на соседней панели сверху:

Вентиляторы сосут воздух из салона через боковые нижние панели, затем он очищается фильтрами и подмешивается к свежему воздуху из паков.
Воздух же в кабину пилотов всегда подаётся только свежий.

Ниже выключателей, посредине, виден прибор, показывающий давление воздуха в магистралях.
Под ним - тумблер клапана кольцевания левой и правой воздушных магистралей. Как видно, воздух от каждого двигателя подаётся к своему паку, а ВСУ подключена к левой магистрали.
По сторонам от него - тумблеры включения паков.
Ниже - сигнальные табло неисправностей разных частей системы подготовки воздуха.
И в самом низу - включение отбора воздуха от ВСУ и двигателей.

В заключение залезем на территорию системы регулирования давления воздуха внутри самолёта.
Воздух внутрь салона подаётся через паки под постоянным давлением.
Регулирование давления внутри салона производится автоматической системой, регулирующей стравливание воздуха через выпускной клапан.
Он находится справа сзади самолёта, примерно под задней правой дверью (обведён красным):

Клапан представляет собой две створки, которые могут приводиться от трёх разных электродвигателей (для запаса на случай отказа).

На случай, когда вообще всё плохо, предусмотрены ещё два совсем уж аварийных чисто механических клапана, открывающихся при превышении определённого давления внутри фюзеляжа по отношению к забортному.
Вот эти клапаны выше и ниже выпускного клапана:

Если же вдруг давление внутри фюзеляжа станет ниже, чем снаружи, то клапаны отрицательного перепада откроются и выровняют этот перепад, впустив воздух внутрь самолёта:

Также на случай разгерметизации багажников имеются вышибные панели на потолке багажников.
Если вдруг образуется слишком большой перепад давления между багажниками и салоном, панели выдавятся и пустят воздух для выравнивания этого перепада.
Это нужно для того, чтобы не сложился пол салона.

Пожалуй, теперь про паки я вкратце рассказал.

Методы модульного конструирования

На рис. 1.12 показан способ разделения двигателя на несколько модулей.

Рис. 1.12. Элементы модульной конструкции

Применение самолетов все больших и больших размеров означает удешевление воздушных перевозок. Данная концепция является успешной, когда эффективно работают самолеты. Однако, если один из компонентов большого самолета, имеющий ограничения, например, двигатель, становится неработоспособным, тогда стоимость перевозки трехсот или четырехсот пассажиров на борту становится непомерно высокой.

Изготовители двигателей для минимизации финансовых расходов потребителей своего оборудования в случае отказа начали применение методов модульного конструирования, которые позволяют замену модулей двигателя, вместо замены двигателя целиком.

ГЛАВА 2 – ВОЗДУХОЗАБОРНИКИ

· Постановка самых важных задач воздухозаборника двигателя.

· Описание геометрии дозвукового воздухозаборника скоростного напора.

· Описание изменения газовых параметров в воздухозаборнике скоростного напора на разных скоростях.

· Обоснование назначения вторичных створок воздухозаборника.

· Описание назначения и принципа работы многоскачковых воздухозаборников на сверхзвуковых скоростях полета.

· Перечисление различных типов многоскачковых воздухозаборников и определение их на различные самолеты.

· Описание причин и опасностей следующих эксплуатационных проблем, связанных с воздухозаборниками двигателей:

Отделение потока, особенно при боковом ветре на земле;

Обледенение воздухозаборника;

Повреждение воздухозаборника;

Всасывание посторонних предметов;

Сильная турбулентность в полете.

· Описание действий пилота для парирования перечисленных проблем.

· Описание условий и обстоятельств во время наземных операций, когда возникает опасность всасывания посторонних предметов или людей в воздухозаборник.

2.1. ВОЗДУХОЗАБОРНИК

Воздухозаборник двигателя встроен в конструкцию планера или является частью гондолы. Он разработан таким образом, чтобы обеспечивать относительную защиту от подачи турбулентного воздуха на фронтальную плоскость КНД или вентилятора. Конструкция канала воздухозаборника оказывает серьезное влияние на характеристики производительности двигателя на всех воздушных скоростях и углах атаки для предотвращения помпажа компрессора.

Простейшей формой воздухозаборника является канал с одним входом и округлым поперечным сечением типа «пито» (скоростного напора). Он обычно имеет прямолинейную форму у двигателей, расположенных на крыле, но может иметь и S-образную форму у расположенных в хвосте двигателей (например, 727, TriStar). Для S-образного канала характерна нестабильность воздушного потока, особенно во время взлетов с боковым ветром.

Воздухозаборник типа «пито» оптимизирует использование скоростного напора и подвержен минимальным потерям давления скоростного напора с увеличением высоты. Эффективность воздухозаборника данного типа снижается из-за образования на кромке скачков уплотнения при приближении скорости самолета к звуковой.

Дозвуковой воздухозаборник обычно имеет расширяющийся канал, позволяющий снизить скорость и повысить давление на входе компрессора при увеличении воздушной скорости.

Давление внутри воздухозаборника ГТД при работе двигателя на стоянке ниже атмосферного. Это происходит из-за высокой скорости потока через входной канал. При движении самолета давление в воздухозаборнике начинает расти. Момент, когда давление в воздухозаборнике сравнивается с атмосферным, называется восстановлением давления скоростного напора . Этот момент обычно наступает на скорости около 0,1 М до 0,2 М. При дальнейшем увеличении скорости самолета, воздухозаборник создает все большее сжатие от скоростного напора, и степень повышения давления в компрессоре от этого увеличивается. Это приводит к повышению тяги без увеличения расхода топлива. Это показано ниже. Вторичные створки воздухозаборника позволяют подавать в компрессор дополнительный воздух во время работы на высокой мощности, когда самолет находится на стоянке или на низких воздушных скоростях/больших углах атаки (Диаграмма Харриера).

Рис. 2.1. Восстановление давления скоростного напора

2.2. СВЕРХЗВУКОВЫЕ ВОЗДУХОЗАБОРНИКИ

Рис. 2.2. Воздухозаборник с изменяемым горлом (основан на оригинальном чертеже Rolls-Royce)

Рис. 2.3. Воздухозаборник с внешним/внутренним сжатием (основан на оригинальном чертеже Rolls-Royce)

2.3. ПОДВИЖНЫЕ ВОЗДУХОЗАБОРНИКИ

2.4. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ

ГЛАВА 3 – КОМПРЕССОРЫ

Модель «тихого» сверхзвукового самолета QueSST в аэродинамической трубе

Американская компания Lockheed Martin в ближайшее время приступит к испытаниям безотводного воздухозаборника, который станет частью конструкции перспективного «тихого» сверхзвукового пассажирского самолета. Как пишет Aviation Week , целью испытаний станет проверка эффективности работы воздухозаборника и эффективности отсечки пограничного воздушного слоя на его входе.

Во время полета отдельных частях поверхности корпуса летательного аппарата образуется пограничный воздушный слой. Пограничным воздушным слоем называют тонкий слой на поверхности летательного аппарата, характеризующийся сильным градиентом скорости от нуля до скорости потока вне пограничного слоя.

При попадании медленного пограничного слоя в воздухозаборник существенно падает эффективность вентилятора реактивного двигателя. Кроме того, из-за разности скоростей воздушных потоков, вентилятор испытывает разные нагрузки на разных своих участках. Наконец, пограничный слой из-за низкой своей скорости может снижать объем поступающего в двигатель воздуха.

Для того, чтобы избежать попадания пограничного слоя в воздухозаборник и двигатель, устройство для забора воздуха размещают либо в носовой части самолета (как это делалось на советских боевых самолетах, например, МиГ-15), либо на некотором расстоянии от корпуса летательного аппарата. Кроме того, на сверхзвуковых самолетах воздухозаборник имеет пластинку со стороны корпуса - отсекатель пограничного слоя.

Современные сверхзвуковые самолеты используют так называемый безотводный воздухозаборник. Он не имеет щелей между собой и корпусом самолета. В конструкцию такого воздухозаборника входит рампа и специальные кромки на входе. В таком воздухозаборнике при торможении воздушного потока возникает веер волн сжатия, который препятствует прохождению пограничного слоя.

Технология безотводного воздухозаборника была впервые представлена компанией Lockheed Martin в конце 1990-х годов и сегодня используется на модернизированных истребителях F-35 Lightning II. Разработчики полагают, что безотводный воздухозаборник будет эффективен и на «тихом» сверхзвуковом пассажирском самолете, разрабатываемом по проекту QueSST.

В перспективном самолете двигатель будет установлен в хвостовой части с воздухозаборником, расположенным над фюзеляжем. Такое расположение, по оценке разработчиков, позволит фюзеляжу отражать ударные волны, образующиеся при сверхзвуковом полете на кромках воздухозаборника, вверх, а не к поверхности.

Испытания модели сверхзвукового самолета с воздухозаборником будут проводиться в аэродинамической трубе на авиабазе «Форт-Уэрт» в Техасе. Испытываемая модель получит воздухозаборник с сечением несколько большим, чем у аналогичных устройств, ранее установленных на другие продувочные модели.

В декабре прошлого года американская компания Gulfstream Aerospace на новый сверхзвуковой воздухозаборник, который наравне с другими техническими решениями позволит снизить уровень шума самолета на сверхзвуковой скорости полета. Конструкция нового воздухозаборника позволит снизить и его аэродинамическое сопротивление.

Новое устройство забора воздуха получит кромки такой формы, которая «сглаживания» ударных волн. Такие волны будут отличаться относительно плавным перепадом давления. Конструкция предусматривает создание увеличенного компрессионного клина на небольшом углублении в воздухозаборник, а также уменьшение угла атаки губы - наплыва, расположенного на противоположном фюзеляжу конце отверстия.

Такая конструкция позволит перенести зону предварительного сжатия поступающего воздуха внутрь воздухозаборника (у современных обычных сверхзвуковых воздухозаборников предварительное сжатие происходит снаружи на входе). При входе воздушный поток будет наталкиваться на клин, отражаться к губе и резко тормозиться с образованием нескольких ударных волн.

Предполагается, что ударные волны в воздушном потоке в воздухозаборнике, называемые также веером сжатия, позволят эффективно сжимать и замедлять воздушный поток до скорости, на которой он может быть нормально втянут компрессором турбореактивного двигателя. Перенесение зоны предварительного сжатия внутрь воздухозаборника позволит снизить его аэродинамическое сопротивление.

Василий Сычёв

Категории

Популярное