Дозвуковые и сверхзвуковые входные устройства

Дозвуковое входное устройство, как правило, представляет собой диффузор с внешним сжатием, т. е. основной процесс торможения воз­душного потока происходит перед входным устройством. Внутри ка­нала дозвукового входного устройства воздух течет со сравнительно небольшими скоростями, не превышающими 0, 6—0, 65 местной скорос­ти звука.

Дозвуковое входное устройство применяется при полетах на не­больших сверхзвуковых скоростях (до М= 1, 3-1, 5), при которых потери энергии в прямом скачке уплотне­ния еще незначительны.

Простейшее дозвуковое входное устройство ТРД состоит из внеш­него обтекателя 1 (рис.2), корпуса 2 и внутреннего обтекателя 3. Внеш­ний обтекатель имеет профилированную переднюю кромку, что обеспе­чивает плавное ее обтекание воздухом и устраняет срыв потока, когда его направление не совпадает с осью входного канала. Обтекатель изготовлен из листового материала АМц или АМг. Для повышения жесткости к стенке обтекателя точечной или роликовой электросваркой приварены продольные и поперечные профилированные элементы. Передняя профилированная кромка изготовлена глубокой вытяжкой и приварена к внешнему обтекателю.

Внутренний обтекатель служит для плавного преобразования воз­душного потока кругового сечения в кольцевой поток. Он изготовлен посредством глубокой вытяжки и сварки из листового материа­ла АМц, АМг или стали 10. Его делают неразъемным или с разъ­емом в продольной плоскости.

Во входном устройстве ТВД внутренний обтекатель образуется обтекателями втулки воздушного винта 1(рис. 3) и корпуса редук­тора 4.

Рис.2. Дозвуковое входное устрой­ство ТРД

Рис. 3. Входное устройство ТВД:

1-обтекатель втулки воздуш­ного винта; 2-внешний обте­катель; 3-корпус входного устройства; 4 —обтекатель кор­пуса редуктора

Сверхзвуковые входные устройства при­меняют на больших сверхзвуковых скоро­стях полета (М > 1, 5) для получения мак­симальной эффективной тяги. Процесс тор­можения сверхзвукового потока происхо­дит в системе косых скачков уплотнения, ко­торые Заканчиваются слабым прямым скач­ком. Эти входные устройства могут быть подразделены на диффузоры с внутренним, внешним и смешанным сжатием (рис. 4).

Рис. 4. Схемы сверхзвуковых диффузоров:

а —диффузор с внешним сжатием (1 —створка; 2 — внешний обтекатель; 3— цент­ральное тело); б —диффузор с внутренним сжатием; в —диффузор со смешанным сжатием

В диффузоре с внешним сжатием (рис. 4, а) сжатие осуществляется в системе ко­сых скачков уплотнения, число которых за­висит от геометрии центрального тела. Первый косой скачок образуется на вершине

первого конуса, два других — в местах перехода одного конуса в дру­гой, и заканчивается система косых скачков прямым скачком, кото­рый возникает в горле диффузора.

Важной особенностью работы сверхзвукового диффузора является согласование расхода воздуха, проходящего через диффузор и компрес­сор. Это возможно только на расчетном режиме полета, когда все скачки уплотнения проходят через переднюю кромку наружной обечай­ки. В полете на сверхзвуковых скоростях при несоответствии расхода воздуха, проходящего через диффузор, с потребным количеством воз­духа для нормальной работы двигателя происходит нарушение устойчивой работы входного устройства, наступает помпаж.

Помпаж входного устройства может возникнуть на больших сверх­звуковых скоростях полета при значительном увеличении количества воздуха, подводимого к двигателю, по сравнению с расходом воздуха через двигатель, т. е. когда пропускная способность диффузора значи­тельно превышает потребности двигателя в расходе воздуха. В резуль­тате повышается давление перед компрессором, канал переполняется излишним количеством воздуха, разрушается система скачков и вы­званные этим завихрения потока резко уменьшают расход воздуха че­рез горло диффузора. Затем цикл колебаний потока повторяется, каждые 5—8 сек. Сильная пульсация потока в диффузоре, как правило, приводит к помпажу двигателя.

Для обеспечения устойчивой работы входного устройства в широ­ком диапазоне чисел М полета применяют регулируемые диффузоры.

Регулируемый диффузор имеет подвижное центральное тело 3 (см. рис. 4, а), которое при изменении скорости полета перемещается в канале переменного диаметра, регулируя площадь горла диффузора и обеспечивая расчетное положение скачков уплотнений, благодаря чему согласуются расходы воздуха через диффузор и компрессор. Кро­ме того, положение скачков регулируется и створками 1. Управление центральным телом осуществляется автоматически от системы регули­рования двигателя.

Сверхзвуковое входное устройство для числа М = 2, 5 необходимо изготовлять из стали, так как температура заторможенного потока и элементов входного устройства достигает при этом 215° С и более, при числе М = 3, 5 необходимо применять жаропрочную легированную сталь, так как в этом случае температура заторможенного потока пре­вышает 475° С.

Достоинство сверхзвукового диффузора с внешним сжатием состоит в том, что благодаря возможности его регулирования он сохраняет способность устойчивой работы в широком диапазоне скоростей поле­та, в результате чего увеличивается надежность работы силовой уста­новки. Основным недостатком этого диффузора является сравнительно большое лобовое сопротивление из-за наличия центрального тела.

В диффузоре с внутренним сжатием (см. рис. 4, б) возникает сис­тема первичных и отраженных косых скачков, число которых может быть различным и определяется профилированием канала. Такие диф­фузоры обладают малым внешним сопротивлением, однако их приме­нение затрудняется тем, что в них не удается осуществить устойчивый процесс сжатия с высоким к. п. д. в достаточно широком диапазоне чисел М полета.

В диффузоре со смешанным сжатием (см. рис. 4, в) скачки уплот­нения расположены и внутри и вне диффузора. По своим свойствам он занимает промежуточное положение между двумя вышеописанными.

Основной проблемой при создании входных устройств с изменяемой геометрией является проблема согласования пропускной способности диффузора с потребным расходом воздуха, проходящего через двига­тель на заданном режиме полета при минимальном внешнем сопротив­лении и наиболее эффективном сжатии воздуха в диффузоре, что опре­деляет тягу, экономичность и надежность силовой установки в целом.