Результат интеллектуальной деятельности: Модель воздухозаборного устройства вспомогательной силовой установки летательного аппарата для испытания в аэродинамической трубе

Изобретение относится к области авиации, к испытаниям в аэродинамической трубе (АДТ) моделей вспомогательных силовых установок (ВСУ), в частности, к устройству для исследований характеристик потока на входе во вспомогательный газотурбинный двигатель (ВГТД), и других исследованиях при заданных условиях эксплуатации ЛА.

По мере развития и совершенствования авиационной техники, энергетическая нагрузка на ВСУ и ее системы непрерывно возрастает, а условия функционирования становятся все более сложными. В настоящее время наиболее распространенной компоновкой ВСУ является ее размещение в хвостовой части фюзеляжа ЛА.

ВСУ в составе самолета выполняет несколько функций:

• запуск маршевого двигателя с помощью воздушного стартера на земле и в полете,

• питание сжатым воздухом системы кондиционирования салона и кабины экипажа на земле и в полете, и др.

В состав ВСУ входят следующие основные агрегаты и системы:

• система забора забортного воздуха, состоящая из воздухозаборной створки,

• ресивер,

• воздухозаборник (ВЗ), через который воздух подводится к вспомогательному газотурбинному двигателю (ВГТД),

• выпускное устройство.

Вспомогательная силовая установка (ВСУ) - вспомогательный источник механической энергии на транспортном средстве, не предназначенный для приведения средства в движение. Во многих случаях назначением ВСУ является запуск основного двигателя, а также обеспечение средства энергией на стоянках. ВСУ на самолете - это небольшой газотурбинный двигатель. Он оснащен турбиной, которая вырабатывает полезную энергию, что в свою очередь активирует действие всех необходимых для работы полезных агрегатов, предоставляющих летательному аппарату дополнительную электроэнергию.

ВСУ оснащена еще одной довольно важной функцией. Если во время полета выйдет из строя один из самых важных элементов, к примеру, генератор, установка поможет запустить его в особом режиме, включающемся при аварийной ситуации, и будет перенаправлять на борт дополнительную электроэнергию до тех пор, пока воздушный транспорт не приземлится в аэропорту. Более того, при чрезвычайных ситуациях именно ВСУ помогает запустить основной двигатель. Обычно ВСУ устанавливают в хвосте современных авиалайнеров. При активации работы ВСУ поддерживается функциональность всех систем авиалайнера, даже при выключенном двигателе.

Забор воздуха для ВСУ, как правило, осуществляется из технического отсека (ресивера), при этом в наиболее удобном месте отсека располагается поворотная створка для сообщения с забортным пространством. Система подвода воздуха к вспомогательному двигателю должна обеспечивать подвод необходимого количества воздуха для его работы во всех ожидаемых условиях эксплуатации.

На ВСУ распространяются Авиационные Правила, которые используются при сертификации летательных аппаратов (ЛА). В сертификационном базисе на ЛА указано, что компоненты ВСУ должны быть сконструированы, расположены и установлены таким образом, чтобы обеспечивалась их непрерывная безопасная эксплуатация. Воздухозаборное устройство ВСУ не должно в процессе нормальной работы вызывать опасные вибрации двигателя или опасные вибрационные нагрузки в его деталях, вследствие искажения воздушного потока. Должно быть установлено, что во всем диапазоне эксплуатационных режимов, вибрационные условия ВСУ не превышают критические значения частоты и амплитуды.

Кроме того, конструкция отсека с ВСУ должна быть выполнена так, чтобы во время взлета, посадки и руления не позволять воде, грязи, и посторонним предметам с взлетной полосы, попадать в нее в опасных количествах.

Для выдачи Заключения характеристики ВСУ должны быть исследованы в модельных испытаниях в аэродинамической трубе (АДТ), чтобы определить, что в процессе ее эксплуатации в пределах эксплуатационных ограничений самолета и двигателя отсутствует такое явление, как срыв потока, и другие недопустимые явления.

Известны различные модели для аэродинамических испытаний воздухозаборников, являющиеся аналогами заявленного изобретения.

Известно изобретение (патент RU 2726564 С1, МПК G01M 9/08, 2020 г.) «Аэродинамическая модель летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем». Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано для исследования аэродинамических характеристик сверхзвуковых летательных аппаратов в аэродинамических трубах. Аэродинамическая модель содержит корпус, державку и аэродинамические тензовесы. Представленная модель не содержит обязательных элементов конструкции вспомогательной силовой установки и не предназначена для проведения испытаний с целью определения характеристик потока на входе в двигатель. Изобретение направлено на повышение точности измерения аэродинамических нагрузок, действующих на модель при проведении испытаний в аэродинамической трубе.

Известна полезная модель (патент RU 159083 U1, МПК G01M 9/08, 2016 г.) «Модель летательного аппарата с воздухозаборным устройством для аэродинамических испытаний». Модель относится к отрасли машиностроения и предназначена для использования в аэродинамических испытаниях.

Технической задачей полезной модели является обеспечение возможности проведения комплексных экспериментальных исследований разнообразных конфигураций воздухозаборников туннельного типа на различных скоростных режимах с определением их дроссельных характеристик и выбором предпочтительных конфигураций. Представленная модель не содержит обязательных элементов конструкции вспомогательной силовой установки.

Известно изобретение (патент RU 2349888 С2, МПК G01M 9/00, 2009 г.) «Способ аэродинамических испытаний модели воздухозаборника двигателя летательного аппарата (варианты) и установка для его осуществления (варианты)». Изобретение относится к области аэродинамических испытаний, в частности к способам и установкам для исследования условий вихреобразования и попадания посторонних частиц в воздухозаборник летательного аппарата. Данное изобретение относится к воздухозаборникам гондольного типа, и не содержит обязательных элементов конструкции вспомогательной силовой установки.

Известно изобретение (патент RU 2421701 С1, МПК G01M 9/00, 2011 г.) «Способ аэродинамических испытаний модели летательного аппарата и стенд для его осуществления». Изобретение используется для исследований аэродинамических характеристик летательных аппаратов при работе силовой установки в режиме реверса тяги при движении летательного аппарата по взлетно-посадочной полосе. Данное изобретение относится к испытаниям моделей имитаторов силовых установок гондольного типа, и не содержит обязательных элементов конструкции вспомогательной силовой установки.

За прототип выбрана полезная модель (патент RU 77684 U1, МПК G01M 9/00, 2008 г.) «Устройство для исследования воздухозаборников в аэродинамических трубах». Это устройство предназначено для исследования воздухозаборников в аэродинамических трубах, содержит модель мотогондолы с воздухозаборником, дроссельно-расходомерное устройство и систему, обеспечивающую просос воздуха через воздухозаборник. Система, обеспечивающая просос воздуха через воздухозаборник, содержит эжектор, присоединенный непосредственно к воздухозаборнику с дроссельно-расходомерным устройством. Представленное устройство не содержит элементы конструкции вспомогательной силовой установки (ВСУ) и не обеспечивает условия ее эксплуатации.

К недостаткам известных технических решений относится то, что все они не предназначены для изучения характеристик ВСУ с учетом ее конструктивных особенностей в целом и условий ее эксплуатации в частности, а также изучению газодинамической устойчивости вспомогательного газотурбинного двигателя (ВГТД).

Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка устройства для проведения испытаний модели вспомогательной силовой установки (ВСУ) при наиболее полном моделировании конструкции ВСУ и условий ее эксплуатации.

Задача и технический результат достигаются тем, что модель воздухозаборного устройства силовой установки летательного аппарата для испытания в аэродинамической трубе, содержит воздухозаборник, дроссельно-расходомерное устройство, систему, обеспечивающую просос воздуха через воздухозаборник, для имитации воздухозаборного устройства вспомогательной силовой установки модель содержит дополнительный отсек в габаритах проточной части сопла аэродинамической трубы, установленный на срезе сопла аэродинамической трубы, содержащий поверхность, имитирующую хвостовую часть фюзеляжа летательного аппарата, на которой формируется пограничный слой и гребенку с приемниками давлений для измерения распределения давления воздушного потока, расположенную внутри отсека между срезом сопла и имитирующей поверхностью, при этом, воздухозаборник снабжен расположенной внутри него дополнительной гребенкой с приемниками давлений, и сообщается с дополнительным отсеком через ресивер, который в свою очередь снабжен створкой забора воздуха, расположенной вниз по воздушному потоку за имитирующей хвостовую часть фюзеляжа поверхностью. Длина поверхности отсека, имитирующей хвостовую часть фюзеляжа, может составлять от 400 до 800 мм.

Исследование характеристик ВЗ ВГТД необходимо для выдачи рекомендаций при проектировании ВСУ в обеспечение устойчивой работы ВГТД.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для испытаний модели ВСУ в АДТ.

Модель воздухозаборного устройства вспомогательной силовой установки летательного аппарата содержит отсек 1 в габаритах проточной части сопла 2 аэродинамической трубы, который легко устанавливается на срезе сопла, и содержит поверхность, имитирующую хвостовую часть фюзеляжа летательного аппарата, на которой формируется пограничный слой, гребенку 3 с приемниками давлений для измерения распределения давления воздушного потока, расположенную внутри отсека между срезом сопла и имитирующей поверхностью, при этом, воздухозаборник 6 снабжен расположенной внутри него дополнительной гребенкой 7 с приемниками давлений, и сообщается с дополнительным отсеком через ресивер 5, который в свою очередь снабжен створкой 4 для забора воздуха, расположенной вниз по воздушному потоку за имитирующей хвостовую часть фюзеляжа поверхностью. Длина поверхности отсека, имитирующей хвостовую часть фюзеляжа, может составлять от 400 до 800 мм, и совместно с трактом АДТ обеспечивает моделирование пограничного слоя, характерного для компоновок воздухозаборников вспомогательных силовых установок.

Цифрами обозначено:

1. Отсек модели ВСУ для испытаний в АДТ.

2. Сопло аэродинамической трубы (АДТ).

3. Гребенка для измерения давления в пограничном слое (ПС).

4. Створка забора воздуха в модель вспомогательной силовой установки (ВСУ).

5. Ресивер.

6. Воздухозаборник (ВЗ)

7. Гребенка для измерения характеристик ВЗ ВГТД.

Заявленное устройство работает следующим образом. На начальном этапе устанавливают гребенку для измерений характеристик пограничного слоя, накопившегося на стенке АДТ. После чего гребенку убирают, и проводят исследования характеристик ВЗ ВГТД. Создав воздушный поток в АДТ (число М и полное давление), обеспечивают просос воздуха через створку 4, ресивер 5 и канал ВЗ ВГТД. Количество отбираемого воздуха регулируют и измеряют расходомерным устройством 7. Одновременно информационно-измерительной системой регистрируют показания всех датчиков, и осуществляют обработку измерений.

Предлагаемое устройство реализовано в конструкции и использовано при испытаниях в аэродинамической трубе тематической модели вспомогательной силовой установки.

Дополнительным техническим результатом изобретения является простота конструкции.