Вид РИД
Изобретение
Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкциям входных устройств, и может быть использовано в прямоточных воздушно-реактивных двигателях (ПВРД).
Наиболее близким по технической сущности заявляемому изобретению является входное устройство ПВРД с изменяемым положением центрального тела, которое содержит прямоугольный корпус с неподвижными кольцевыми обечайками, подвижное вдоль центральной оси воздухозаборника центральное тело, выполненное в виде тела вращения и состоящее из цилиндрических оболочек поверхностей сжатия, поверхности горла и замыкающей поверхности [Герман Р. Сверхзвуковые входные диффузоры / Под ред. Абрамовича Г.Н. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. С. 233-256].
Недостатком такого устройства является узкий диапазон эффективной работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя, обусловленный изменением угла наклона скачков уплотнения в системе ударно-волновых структур.
Техническим результатом изобретения является расширение диапазона эффективной работы ПВРД за счет управления углами наклона скачков уплотнения в системе ударно-волновых структур.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном входном устройстве ПВРД, состоящем из прямоугольного корпуса, в головной части которого на верхней и нижней образующих его гранях шарнирно установлены две обечайки; внутри корпуса установлен пространственный клин, равный по ширине корпусу воздухозаборника и состоящий из граней, образующих две поверхности сжатия, две поверхности, регулирующие сечение горла, и две замыкающие поверхности, согласно изобретению, каждая грань, образующая поверхность сжатия пространственного клина, состоит из (N-1) сегментов, соединенных между собой шарнирно, где N - число скачков уплотнения; при этом первые сегменты двух поверхностей сжатия пространственного клина соединены между собой шарнирно; каждый сегмент состоит из двух частей: ответной, выполненной в виде пластины с направляющим пазом, и основной, выполненной в виде пластины и телескопически входящей в ответную часть с возможностью перемещения относительно друг друга, при этом длина сегмента, основной и ответной частей выбираются из условия где - длина основной и ответной частей, L - длина сегмента; грани поверхностей регулирования сечение горла входного устройства с одной стороны соединены шарнирно с (N-1)-м сегментом каждой поверхностей сжатия, а с другой стороны соединены шарнирно с гранями замыкающих поверхностей, при этом грани замыкающих поверхностей соединены между собой шарнирно; каждый из (N-1) сегментов поверхности сжатия, а также грани замыкающих поверхностей соединены с центральной консольной балкой с помощью системы тяг управляемой длины: одна из частей первой и (N-1)-й сегментов поверхностей сжатия соединены с центральной балкой тягами управляемой длины, ответные части и основные части остальных 2…(N-2) сегментов поверхностей сжатия соединены с центральной консольной балкой тягами управляемой длины, грани замыкающих поверхностей пространственного клина соединены с центральной балкой посредством тяг управляемой длины.
Сущность изобретения заключается в том, что, каждая грань, образующая поверхность сжатия пространственного клина, состоит из (N-1) сегментов, соединенных между собой шарнирно, где N - число скачков уплотнения; при этом первые сегменты двух поверхностей сжатия пространственного клина соединены между собой шарнирно; каждый сегмент состоит из двух частей: ответной, выполненной в виде пластины с направляющим пазом, и основной, выполненной в виде пластины и телескопически входящей в ответную часть с возможностью перемещения друг относительно друга, при этом длина сегмента, основной и ответной частей выбираются из условия где - длина основной и ответной частей, L - длина сегмента; грани поверхностей регулирования сечение горла входного устройства с одной стороны соединены шарнирно с (N-1)-м сегментом каждой поверхностей сжатия, а с другой стороны соединены шарнирно с гранями замыкающих поверхностей, при этом грани замыкающих поверхностей соединены между собой шарнирно; каждый из (N-1) сегментов поверхности сжатия, а также грани замыкающих поверхностей соединены с центральной консольной балкой с помощью системы тяг управляемой длины: одна из частей первой и (Ν-1)-й сегментов поверхностей сжатия соединены с центральной балкой тягами управляемой длины, ответные части и основные части остальных 2...(Ν-2) сегментов поверхностей сжатия соединены с центральной консольной балкой тягами управляемой длины, грани замыкающих поверхностей пространственного клина соединены с центральной балкой посредством тяг управляемой длины.
Каждому режиму обтекания пространственного клина в диапазоне чисел Маха М=3..5 соответствует определенный угол наклона скачков уплотнения δ1…δΝ-1 относительно направления движения сверхзвукового потока воздуха (фиг. 1). При этом, угол установки (Ν-1) сегментов поверхностей сжатия α1…αN-1 изменяется таким образом, чтобы угол наклона каждого скачка уплотнения и его положение обеспечивало максимальный коэффициент восстановления полного давления σд на данном режиме обтекания пространственного клина [Герман Р. Сверхзвуковые входные диффузоры / Под ред. Абрамовича Г.Н. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. С. 161-179.], что обеспечивает расширение диапазона эффективной работы ПВРД. Этим достигается указанный в изобретении технический результат.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 2-3. На фиг. 2 представлено продольное сечение входного устройства ПВРД, поверхности сжатия пространственного клина которого выполнены из трех сегментов. Продольное сечение входного устройства соответствует режиму работы двигателя со скоростью набегающего потока М=3.0, где обозначено: 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2 сегменты поверхностей сжатия пространственного клина, 4 - наружный корпус, 5 - подвижные обечайки, 6 - центральная консольная балка, 7-1..7-3- ответные части сегментов 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2, 8-1..8-3 - основные части сегментов 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2, 9 - система тяг изменяемой длины, стрелкой указано направление набегающего потока, на фиг. 3 то же, соответствующее режиму работы двигателя со скоростью набегающего потока М=5.0.
Сегменты поверхностей сжатия 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2, состоящие из двух частей: ответной 7-1..7-3, выполненной в виде пластины с направляющим пазом, и основной 8-1..8-3, выполненной в виде пластины и телескопически входящей в ответную часть с возможностью перемещения друг относительно друга, предназначены для изменения положения скачков уплотнения в соответствие со скоростью набегающего потока.
Подвижные обечайки 5, установленные на корпусе 4, необходимы для обеспечения фокусировки системы скачков уплотнения на входной кромке обечайки, что позволяет обеспечивать максимальный коэффициент расхода воздуха σд и способствует расширению диапазона эффективной работы ПВРД [Герман Р. Сверхзвуковые входные диффузоры / Под ред. Абрамовича Г.Н. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. С. 161-179]. Центральная консольная балка 6 предназначена для установки системы тяг управляемой длины 9.
Устройство работает следующим образом: набегающий сверхзвуковой поток воздуха при обтекании клина сжимается в системе скачков уплотнения одного направления, отраженных от сегментов поверхностей сжатия 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2 и фокусирующихся на кромке обечайки 5. Давление торможения увеличивается от скачка к скачку.
При увеличении скорости полета углы наклона скачков уплотнения в системе ударно-волновых структур относительно продольной оси входного устройства уменьшаются. Чтобы сохранить фокусировку системы скачков уплотнения на входной кромке подвижной обечайки 5, а также обеспечить регулярное обтекание пространственного клина с максимальным коэффициентом восстановления полного давления σд система тяг управляемой длинны 9 на основе сигнала от системы автоматического управления [Бекишев С.А. Системы управления сверхзвуковыми входными устройствами: учеб. пособие / С.А. Бекишев, В.Ф. Кудрявцев, Ю.А. Караваев. - Иркутск: ИВВАИУ, 1995. С. 3-13] увеличивает свою длину (фиг. 3), при этом ответные 7-1, 7-2 и основные 8-1, 8-2 части сегментов 1-1, 1-2, 2-1, 2-2 изменяют свое относительное положение в сторону увеличения суммарной площади поверхности сегмента, а ответные 7-3 и основные 8-3 части 3-1, 3-2 сегментов изменяют свое относительное положение в сторону уменьшения суммарной площади поверхности сегмента. Этим достигается оптимальное положение и угол наклона сегментов поверхностей сжатия при увеличении скорости полета. При уменьшении скорости полета углы наклона скачков уплотнения в системе ударно-волновых структур относительно продольной оси входного устройства увеличиваются. Чтобы сохранить фокусировку системы скачков уплотнения на входной кромке подвижной обечайки, а также обеспечить регулярное обтекание пространственного клина с максимальным коэффициентом восстановления полного давления σд система тяг управляемой длины 9 на основе сигнала от системы автоматического управления [Бекишев С.А. Системы управления сверхзвуковыми входными устройствами: учеб. пособие / С.А. Бекишев, В.Ф. Кудрявцев, Ю.А. Караваев. - Иркутск: ИВВАИУ, 1995. С. 3-13] уменьшают свою длину (фиг. 2), при этом ответные 7-1, 7-2 и основные 8-1, 8-2 части сегментов 1-1, 1-2, 2-1, 2-2 изменяют свое относительное положение в сторону уменьшения суммарной площади поверхности сегмента, а ответные 7-3 и основные 8-3 части 3-1, 3-2 сегментов изменяют свое относительное положение в сторону увеличения суммарной площади поверхности сегмента. Этим достигается оптимальное положение и угол наклона сегментов поверхностей сжатия при уменьшении скорости полета.
Таким образом, при изменении скорости сверхзвукового набегающего потока воздуха угол отражения скачков уплотнения от поверхностей пространственного клина изменяется. При этом, положение и углы установки сегментов поверхностей сжатия относительно центральной оси изменяются таким образом, чтобы обеспечить регулярность режима обтекания пространственного клина диффузора, а коэффициент восстановления полного давления σд на данном режиме обтекания имел максимальное значение.