5. Особенности аэродинамики несимметричных воздухозаборников
Среди современных летательных аппаратов заметна тенденция применения несимметричных обтекателей эллиптической и треугольной формы.
Обтекатели несимметричной формы в основном используются на самолетах схемы низкоплан, на которых двигатели располагаются довольно близко к поверхности взлетно-посадочной полосы. Приплюснутая нижняя часть, служит для увеличения расстояния до поверхности земли, что позволяет предотвратить попадание в двигатель пыли, песка, камней и других предметов, которые могут вызвать повреждение деталей двигателя или эрозию поверхностей лопаток компрессора и спрямляющего аппарата.
Были теоретически проанализированы аэродинамические процессы в носовой части несимметричных воздухозаборников.
Рис. 37. Несимметричный эллиптический воздухозаборник
Математическое моделирование процесса обтекания несимметричных носков воздухозаборников эллиптической формы (2%- и 4% эллипсностью) и носка треугольной формы осуществлялось в SolidWorks Premium 2012.
Предварительно были созданы электронной модели носовых частей в системах твердотельного и поверхностного моделирования Unigraphics NX 4.
В ходе работы по исследованию аэродинамических характе-ристик несимметричных обтекателей воздухозаборников были рассмотрены следующие типы воздухозаборников:
Исходные данные: Скорость – 242 м/с; Высота – 8000 м.; Давление – 35653 Па;
Скорость звука – 308,1 м/с; Температура – 236,14◦К.
Характеристики воздухозаборников:
1.Форма сечения круглая:
Площадь по внутреннему контуру (проточная часть): 1,006м2 - 1 Площадь по внешнему контуру -1,735м2 1
2.Форма сечения эллиптическая 2%:
Площадь по внутреннему контуру (проточная часть): 0,986м2- 0,98
Площадь по внешнему контуру - 1,709 м2 - 0,985
3.Форма сечения эллиптическая 4%:
Площадь по внутреннему контуру (проточная часть): 0,9659м2 0,96
Площадь по внешнему контуру - 1,674м2 - 0,98
4.Форма сечения треугольная:
Площадь по внутреннему контуру (проточная часть) -0,8898м2 0,884
Площадь по внешнему контуру - 1,737 мм2 1,016
На рис.38 представлены 3D модели обтекания воздухозаборника воздушным потоком при скорости потока 242м/с, угле атаки 0о, на высоте 8000 м.
Рис. 38. Круглый обтекатель
Рис. 39. Обтекатель с 2% эллиптичностью
Рис. 40. Обтекатель с 4% эллиптичностью
Рис. 41. Треугольный обтекатель
Исследовались газодинамические аэродинамические характе-ристики круглых, эллиптических и треугольных обтекателей воздухозаборников. Определялись распределение скоростей, дав-лений и температур по сечениям воздухозаборника.
Расчет велся при следующих начальных условиях: скорость потока – 242 м/с, высота – 8000 м, давление – 35653 Па, скорость звука – 308,1 м/с, температура – 236,14 ◦К.
В ходе проведенных аэродинамических исследований несим-метричных обтекателей воздухозаборников было выявлено, что аэродинамический характеристики несимметричных обтекателей по сравнению с обтекателями классической формы имеют отклонения по скорости и давлению не превышающие 3%-5% (рис.44).
Анализ модельного эксперимента показал, что основные параметры потока распределяются по поперечным сечениям канала воздухозаборников приблизительно равномерно (рис.45-48), более лучшее распределение наблюдается у обтекателей эллиптических воздухозаборников. Несимметричные обтекатели по своим аэродинамическим характеристикам не уступают обтекателям классической формы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с аэродинамикой входных устройств – воздухозаборников. Рассмотрены как дозвуковые, так и сверхзвуковые воздухозаборники.
Предварительно рассматриваются общие вопросы, связанные с движением совершенного газа, как без скачков уплотнения, так и со скачками уплотнения. Эта глава имеет самостоятельный характер и может изучаться отдельно.
Материал пособия может быть использован для предварительной оценки аэродинамических характеристик воздухозаборников. Более точные, в том числе и оптимизационные задачи, должны решаться численными методами, с учетом облика конкретных конструкций.
Представленный в пособии материал может быть использован при анализе согласования двигательной установки самолета и его планера, что важно на этапе разработки проекта летательного аппарата.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика / Абрамович Г.Н..- М.: Наука, 1975, 888 с.
2. Борисенко А.И. Газовая динамика двигателей / Борисенко А.И.. – М.: Оборонгиз, 1962, 793 с.
3. Краснов Н.Ф. Прикладная аэродинамика / Краснов Н.Ф.. – М.: Высшая школа, 1974, 479 с.
Учебное издание
Самохвалов Валерий Викторович
Сатин Валерий Александрович
Аэродинамика входных устройств
В авторской редакции
Компьютерный набор В.А. Сатина
Подписано к изданию 20.12. 2013.
Объём данных 4,35 Мб.
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный
технический университет»