Входные устройства
Входные устройства ГТД предназначены для забора воздуха из окружающей атмосферы, подвода его к двигателю с наименьшими потерями и осуществления процесса сжатия этого воздуха от скоростного напора.
Основным элементом входного устройства (ВУ) является воздухозаборник (ВЗ).
В зависимости от типа летательного аппарата (ЛА) входное устройство может включать в себя также защитные устройства от попадания пыли и посторонних предметов, створки перепуска, системы управления пограничным слоем; средства регулирования и пр.
Применяемые на различных ЛА ВУ отличаются большим разнообразием типов и конструктивных форм. Соответственно ВУ подразделяют на:
дозвуковые числа M крейсерского полета, не превышающие 0,8…0,9. Устанавливаются на самолетах гражданской авиации, военно-транспортных самолетах и на вертолетах. В силовых установках этих ЛА сжатие воздуха осуществляется в основном компрессором, а повышение давления за счет скоростного напора невелико. Конструктивно они просты. Их выполняют нерегулируемыми.
трансзвуковые большие дозвуковые крейсерские и относительно небольшие сверхзвуковые максимальные скорости полета (МН < 1,5…1,7). Повышение давления за счет скоростного напора в таких ВУ является более значительным. ВУ этих самолетов отличаются простотой конструкции, так как они обычно выполняются нерегулируемыми.
сверхзвуковые(СВУ) устанавливаются на самолетах, имеющих высокие значения максимальных чисел М полета (обычно при МН max > 2,0). Их, как правило, выполняют регулируемыми.
Типичная схема дозвукового воздухозаборника приведена на рис. 1.
Рисунок 1 - Схема течения воздуха в дозвуковом входном устройстве
Он состоит из обечайки и канала для подвода воздуха к двигателю. Обечайка выполняется с профилированными относительно толстыми и плавно обтекаемыми входными кромками. Площадь на входе в обечайку Fвх выбирается такой, чтобы в расчетных условиях полета она была больше площади струи втекающего воздуха Fн, а скорость свх меньшей скорости полета V. Обычно для самолетных ГТД принимают свх ≅ 0,5V. В этом случае почти всё сжатие воздуха за счет скоростного напора осуществляется перед плоскостью входа, т.е. вне ВЗ. Канал за обечайкой должен обеспечивать плавное изменение скорости и не иметь резких поворотов потока, чтобы обеспечить безотрывное течение воздуха и равномерное поле скоростей на входе в компрессор. Непосредственно перед этим входом канал выполняется конфузорным. Ускорение потока на этом участке способствует дополнительному выравниванию поля скоростей.
На рис. 2 изображена схема течения воздуха в СВУ. Косые скачки уплотнения образуются на изломах поверхности торможения и фокусируются в окрестности передней кромки обечайки, а замыкающий прямой скачок (головная волна) располагается непосредственно на входе во внутренний канал. При этом обеспечивается дозвуковое втекание воздуха во внутренний канал.
Рисунок 2 - Схема течения в СВУ внешнего сжатия
При реальном течении воздуха на расчетном режиме (т.е. при МН = Мр) обычно осуществляют некоторую расфокусировку косых скачков уплотнения. Это необходимо для того, чтобы замыкающий прямой скачок не разрушал их в непосредственной близости перед обечайкой. Это приводит к небольшому снижению коэффициента расхода по сравнению и незначительному увеличению внешнего сопротивления, но способствует повышению устойчивости течения в СВУ.