Высотность топливной системы с выключенным ПНЛ, факторы, влияющие на высотность топливной системы

Высотностью называется наибольшая высота полета ЛА до которой обеспечивается бесперебойная потребная подача топлива к двигателям. Большая высота полета отражается на работе агрегатов топливной системы в следствии кавиатационных явлений. Применение ПНЛ позволяет получить достаточное давление на входе в ПНД и необходимую высотность топливной системы, но при отказе (выключении )ПНЛ высотность будет низкой.

Питание двигателей топливом при выключенных ПНЛ должно происходить бесперебойно для дозвуковых ЛА на режимах работы двигателей от малого газа до взлетного на высотах полета до 2000м, а от малого газа до крейсерского – до 8000м.

Рассмотри простейшую топливную систему в виде заборной магистрали с выключенными ПНЛ. Составим для сечений Б-Б, Д-Д уравнение Бернулли:

, где атмосферное давление,

V_Б - скорость опускания уровня топлива в баке, который по малости можно пренебречь.

Разрешая (1) относительно исходя из того, что набольшая высота полета соответствует минимальному значению давления , которое будет минимальным на входе при минимальном давлении в ПНД: .

Зная , по таблицам стандартной атмосферы, можно определить высотность топливной системы. Такое решение соответствует проверочному расчету. При проектировочном расчете необходимая высота полета и давление на этой высоте известны. Тогда (2) решается относительно необходимого давления на входе в ПНД.

Из анализа (2) следует, что на высотность топливной системы при выключенном ПНЛ влияют факторы:

1. минимальное потребное давление на входе в ПНД;

2. гидравлические сопротивления;

3. инерционные потери давления;

4. взаимное расположение бака и ПНД;

5. избыточное давление в баке.

Минимальное потребное давление на входе в ПНД - оно зависит от давления насыщенных паров и минимального потребного кавитационного запаса давления.

Применение топлива с высокими давлениями насыщенных паров и выбор ПНД с большим потребным кавитационным запасом давления приводят к низкой высотности. Поэтому для уменьшения потребного давления на входе в ПНД желательно располагать топливом с низким давлением насыщенных паров, предохранят топливо от нагрева в баках и магистралях, выбирать ПНД с малым потребным кавитационным запасом давлении.

Гидравлические сопротивления при больших скоростях течения топлив снижают высотность. Их определяют по формуле: . При выключенном ПНЛ в величину гидравлических сопротивлений необходимо включить дополнительные сопротивления, возникающие при обтекании топливом ПНЛ: , где а – коэффициент, зависящий от конструкции и равный 1,2*10⁹ . Для уменьшения гидравлических сопротивлений рекомендовано:

· применять топливо с малой вязкостью;

· устанавливать на участке заборной магистрали от бака до ПНД как можно меньше агрегатов;

· прокладывать трубопроводы минимальной длины и с большими радиусами поворота; применять ПНЛ с кольцевым обратным клапаном на входе, снижающим гидравлические сопротивления неработающего ПНЛ.

Инерционные потери давления при расчете высотности не учитывают. Рассматривают установившийся полет без ускорений. Если ПНЛ не работают, то экипаж обязан согласно руководствам по летной эксплуатации пилотировать ЛА, не создавая ускорения.

Взаимное расположение бака и ПНД на современных ЛА мало влияет на высотность топливной системы. Условия компоновки ЛА приводят к небольшим превышениям или принижениям бака над ПНД.

Избыточное давление в баке увеличивает высотность. Допустим Р_изб ограничено прочностью бака, у дозвукового ЛА не превышает 30кН/м².

Введем некоторый коэффициент:

, , так как (3) учитывает минимальное давление на входе в ПНД по условию безкавитационной работы, то это уравнение называется уравнение допустимого расхода топлива по условию безкавитационной работы с выключенным ПНЛ.

Зависимость относительного расхода топлива от высоты полета и режима работы изображают в виде 3-х кривых (1-взлетный, 2-номинальный, 3-крейсерский режим).

В (3) 2 неизвестных и расход . Задача решается графоаналитическим способом (см график (правый)). При этом принимается что расход от земли до 2000 м идет по 1-кривой максимального расхода, от 2 км до 8 км – кривая 3.

Порядок расчета:

1. Задаются несколькими значениями расхода топлива в области средних высот полета и определяют число Рейнольдса Re, коэффициент сопротивления трения, , приведенный коэффициент k_М.

2. Принимают и по формуле (4) определяют А, а по формуле (5) коэффициент В.

3. По (3) для принятых значений расхода топлива в двигателе находят величину .

4. При помощи таблицы стандартных атмосфер находят высотность.

Если высота полученная меньше 8000 м, то необходимо создать избыточное давление в баке.

.