СВЕРХЗВУКОВЫХ ВХОДНЫХ УСТРОЙСТВ

Ограничения по устойчивой работе сверхзвуковых входных устройств связаны с необходимостью предотвращения помпажа воздухозаборника, следствием которого являются большие газодинамические нагрузки на элементы конструкции. Помпаж СВУ может приводить к деформации и даже к разрушениям регулируемых панелей клина и каналов, подводящих воздух к двигателю. Наряду с этим при помпаже СВУ повышается уровень нестационарности и неравномерности потока перед двигателем, что может привести к неустойчивой работе компрессора и к выключению камер сгорания.

Физические причины появления помпажа СВУ были рассмотрены нами при изучении СВУ и их характеристик в прошлом семестре. Как указывалось, помпаж может возникать при числах М полета, бóльших 1,5…1,7, когда из-за недостаточной пропускной способности двигателя происходит переполнение внутреннего канала входного устройства воздухом. Вследствие этого выбитая головная волна отходит от плоскости входа и разрушает систему косых скачков уплотнения, приводя при этом к периодическому выбросу воздуха из внутреннего канала СВУ в атмосферу.

Рис.46.1

Типичная программа регулирования СВУ перемещением клина и расположение относительно нее границ помпажа и «зуда» была рассмотрена нами в прошлом семестре. Вот она (рис. 46.1). Воздухозаборник регулируется по «жесткой программе, при которой выдвижение панелей или клина воздухозаборника является функцией приведенной частоты вращения компрессора или , предполагающей, что эта функция однозначно зависит от числа М полета. Это предположение реализуется в том случае, если температура однозначно связана с М_Н, а приведенная частота вращения КНД однозначно связана с .

Первое из этих условий практически реализуется при полетах в стратосфере (т.е. при Н ³ 11 км), менее точно – при полетах на Н > 5 … 6 км. Второе – при работе двигателя на максимальном или форсажном режиме. Поэтому на самолетах, на которых где реализуется такая программа регулирования воздухозаборника, инструкция летчику запрещает убирать РУД ниже упора «максимал».

С увеличением числа М полета n_пр и величина уменьшаются и соответственно L_кл увеличивается – происходит выдвижение клина. При каждом фиксированном значении числа М полета (и соответственно ) уборка клина от его положения, определенного программой, приводит к появлению помпажа, а его выдвижение – к возникновению «зуда». Этот ход клина на практике служит мерой оценки запаса устойчивости СВУ, т.к. характеризует удаление заданного программой положения клина от границы помпажа (–DL_кл) или от границы «зуда» (+DL_кл). Если теперь, например, при увеличении числа М полета и соответственно при снижении перестанет осуществляться выдвижение клина, то, как видно из рис. 46.1, возникнет помпаж СВУ. Такой же отказ в автоматике управления положением клина при торможении самолета приводит к появлению «зуда».

Влияние изменения угла атаки на устойчивость работы воздухозаборника может быть проиллюстрировано рис. 46.2, где приведены результаты, полученные при М_н=1,9 в процессе летных испытаний одного из сверхзвуковых самолетов. Выдвижение клина при больших углах атаки, как видно, вызывает не только появление «зуда» воздухозаборника, но может приводить также к неустойчивой работе компрессора, вследствие колебаний давления (нестационарности потока), вызываемого «зудом». При уборке клина с ростом a снижается запас устойчивости СВУ по помпажу. Все это приводит к снижению диапазона устойчивой работы по перемещению клина, т.е. допустимого значения DL_кл, при увеличении угла атаки в полете.

Рис. 46.2

Помпаж воздухозаборника, как и компрессора, сопровождается хлопками, продольными толчками и тряской самолета, но обычно не приводит к повышению температуры газа перед турбиной и падению частоты вращения роторов двигателя, если не возникает потеря устойчивой работы компрессора. При обнаружении помпажа СВУ летчику обычно рекомендуется выключить форсаж и за счет этого быстро снизить скорость полета самолета, используя для этого также набор высоты. С уменьшением скорости полета производительность компрессора повышается и помпаж прекращается. Устранение помпажа входного устройства может быть достигнуто также выдвижением и последующей уборкой ступенчатого клина (конуса) илиоткрытием ротивопомпажных створок (если они есть).

После устранения помпажа воздухозаборника летчик должен внимательно следить за температурой газа за турбиной (по указателю ) и в случае ее роста, что свидетельствует о неустойчивой работе компрессора, предпринять действия, которые были только что рассмотрены нами для этого случая.

В системах управления воздухозаборников некоторых самолетов предусматривается возможность при отказе автоматики переход на аварийное (ручное) управление. Летчик имеет возможность осуществлять выдвижение или уборку панелей клина вручную в соответствие с указаниями инструкции, используя показания Мах-метра и специального индикатора положения регулируемых панелей клина.

1. ОГРАНИЧЕНИЯ ПО НАДЕЖНОЙ И УСТОЙЧИВОЙ РАБОТЕ

КАМЕР СГОРАНИЯ

Пределы устойчивого горения в основных камерах сгорания обычно настолько широки, что в САУ двигателя закладывается только ограничение по минимальной подаче топлива в камеру сгорания (при уборке РУД в положение «малый газ») по соображениям обеспечения удовлетворительного качества распыла, так как снижение интенсивности испарения капель может привести к срыву пламени и выключению камеры сгорания.

Пределы устойчивого запуска двигателя в полете (с розжигом камеры сгорания) были рассмотрены на прошлой лекции. Но в инструкцию летчику включается (кроме диапазона приборных скоростей и высот, в пределах которых обеспечивается запуск в воздухе) также минимальная приборная скорость, ниже которой не разрешается включать форсаж. Дело в том, что давление на входе в форсажную камеру на максимальном режиме работы двигателя в грубом приближении пропорционально приборной скорости. А надежный розжиг форсажной камеры возможен только при достаточно высоких значениях этого давления. В связи с тем, что при постоянной приборной скорости давление на входе в форсажную камеру с увеличением высоты полета всё же снижается, часто минимальное значение приборной скорости, при котором разрешено включение форсажа, указывается различным для малых и для больших высот полета (например, в стратосфере – более высокое). Таким (ступенчатым) его легко запоминает летчик. К этому добавляется максимальная высота полета, до которой разрешается включать форсаж.

Подчеркнем, что все эти ограничения касаются только запрещения включать форсаж, Ограничений же для работы на форсажном режиме (если он был ранее включен) обычно нет.

Уменьшение подачи топлива в форсажную камеру сгорания для снижения степени форсирования двигателя обычно не связано с падением давления , но уменьшение расхода форсажного топлива приводит к ухудшению качества его распыливания. Поэтому в автоматике управления могут вводиться ограничения по минимальному расходу топлива в форсажную камеру сгорания.