Организация рабочего процесса в сверхзвуковых входных устройствах внешнего сжатия

Идея торможения сверхзвукового потока сначала в системе слабых косых скачков уплотнения, а затем в замыкающем практически прямом, но слабом скачке (головной волне), заключается в том, что при этом потери полного давления получаются меньшими, чем при торможении этого же потока в одном интенсивном прямом скачке уплотнения.

Рис. 8.3. Схема течения в СВУ внешнего сжатия

На рис. 8.3 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.

При реальном течении воздуха на расчетном режиме (т.е. при М _Н = М_р) обычно осуществляют некоторую расфокусировку косых скачков уплотнения. Это необходимо для того, чтобы замыкающий прямой скачек не разрушал их в непосредственной близости перед обечайкой. Это приводит к небольшому снижению коэффициента расхода j по сравнению j = 1 и незначительному увеличению внешнего сопротивления, но способствует повышению устойчивости течения в СВУ.

Коэффициент восстановления полного давления s _m в системе, состоящей из m косых и замыкающего прямого скачка, определяется как произведение

s _m = s_п ,

где s_п – коэффициент s в прямом, а s _i – в i -том косом скачке. Можно показать, что максимум s _m достигается при равной интенсивности всех скачков уплотнения.

Чем выше M _Н, тем выгоднее иметь большое число скачков для получения s _{m .max}. Но увеличение числа косых скачков усложняет конструкцию ВУ и увеличивает его длину и массу. Поэтому практически при M_р=2,0…3,0 используют поверхности торможения с двумя-тремя косыми скачками.

Суммарный угол наклона всех скачков b _Sопт, обеспечивающий достижение равной интенсивности всех скачков уплотнения и тем самым достижение s _{m .max}, весьма велик. Для существующих ЛА с плоскими СВУ он достигают 25…35°. Но в реальных условиях на поверхности торможения и на стенках внутреннего канала образуется пограничный слой. Из-за положительного градиента давления он нарастает по длине панелей и утолщается в местах взаимодействия со скачками уплотнения.

Поэтому на практике выбирают угол b _S меньшим b _Sопт. Это снижает градиент давления вдоль поверхности торможения, чем достигается уменьшение нарастания пограничного слоя и предотвращение его отрыва.

Торможение сверхзвукового потока в косых скачках уплотнения связано с его одновременным отклонением от осевого направления. Во внутреннем канале этот дозвуковой поток нужно развернуть в обратном направлении на тот же угол. При этом вблизи «горла» может возникнуть отрыв потока у выпуклой поверхности внутреннего канала. Уменьшение угла b _S по сравнению с b _Sопт способствует также и сокращению размеров зоны отрыва потока в области горла. Соответственно углы поднутрения обечайки и ее длина выбираются у СВУ с дозвуковым течением на входе минимально возможными из условия плавного втекания воздуха, отклоненного при торможении в скачках уплотнения, во внутренний канал, и безотрывного обтекания внешней поверхности обечайки. У выполненных СВУ значения углов b _об.вн составляют 5…10°.

Но снижение интенсивности косых скачков (вследствие уменьшения b _S) повышает интенсивность замыкающего прямого скачка.

Для определения коэффициента s _вх СВУ, помимо потерь полного давления в системе скачков (s _{m )} , нужно учесть еще потери, обусловленные влиянием трения и наличием зон отрыва. Для этой цели вводится эмпирический коэффициент s_тр, который на расчетном режиме равен обычно 0,92 … 0,95 Тогда

s_вх= s_трs _m.