О входных устройствах ГТД…. Воздухозаборники: значение, требования и виды Роль системы питания воздухом дизельного двигателя

Для работы двигателя внутреннего питания необходим воздух, который отбирается из атмосферы с помощью специального устройства — воздухозаборника. О том, что такое воздухозаборник и для чего он нужен, каких типов бывает и как устроен, а также о правильном выборе и замене этой детали — читайте в статье.

Что такое воздухозаборник?

Воздухозаборник (заборник воздуха) — деталь системы питания транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания; трубы различной формы, сечения и конструкции для забора воздуха и его направленной подачи на воздушный фильтр и далее в карбюратор или дроссельный узел.

На воздухозаборник возложено несколько функций:

• Отбор атмосферного (холодного) воздуха для подачи на двигатель;
• Отбор теплого воздуха для питания двигателя в момент холодного запуска и при прогреве (преимущественно в холодное время года);
• Направленная подача воздуха к фильтру независимо от его расположения (это позволяет удобно располагать фильтр и другие детали системы питания);
• Некоторые типы воздухозаборников — защита системы питания двигателя от попадания в нее воды и грязи;
• В некоторых автомобилях и при тюнинге — выполнение функций декоративного элемента.

Воздухозаборники являются важными деталями системы питания двигателя, так как от их конструкции, места установки и общего технического состояния зависят объем и стабильность подачи воздуха к двигателю. Поэтому при поломке данной детали ее необходимо отремонтировать или заменить. Чтобы сделать верный выбор воздухозаборника для автомобиля, необходимо разобраться в их типах, конструкции и особенностях.

Типы, конструкция и применяемость воздухозаборников

Конструктивно все заборники воздуха одинаковы — это труба круглого, прямоугольного или более сложного сечения, которая одной стороной устанавливается на корпусе воздушного фильтра, а другой выходит в наиболее удобное место внутри кузова или снаружи автомобиля. Под действием разряжения, возникающего во впускном тракте системы питания двигателя, воздух всасывается через наружную часть заборника, поступает к фильтру и далее в систему.

Воздухозаборники можно разделить на две группы по месту установки на транспортном средстве:

• Наружные;
• Внутренние.

Наружные заборники устанавливаются за пределами кузова автомобиля — над капотом, над крышей, за задней поверхностью кабины и т.д. Для установки выбирается такое место, где наблюдается нормальное или повышенное давление воздуха во время движения транспортного средства, избегая зон турбулентности (завихрений) с пониженным давлением.

Внутренние заборники располагаются в подкапотном пространстве в непосредственной близости от двигателя. Для подачи воздуха в моторный отсек служат отверстия в капоте, крыльях или в иных деталях кузова. Данные воздухозаборники делятся на два типа по назначению:

• Для забора холодного воздуха;
• Для забора теплого воздуха.

Заборники первого типа располагаются на некотором удалении от двигателя, обеспечивая подачу к фильтру воздуха с температурой окружающей среды. Заборники второго типа располагаются у наиболее нагретых частей двигателя (обычно монтируется непосредственно на выпускной коллектор), обеспечивая подач к фильтру теплого воздуха. Система из двух заборников воздуха облегчает зимнюю эксплуатацию двигателя, ускоряя его прогрев. Как правило, такая система содержит терморегулятор с заслонкой, изменяя положение которой можно смешивать теплый и холодный воздух для достижения оптимальной температуры поступающей в цилиндры топливно-воздушной смеси.

Схема воздушного тракта системы питания двигателя легковых автомобилей

Схема воздушного тракта системы питания двигателя грузовых автомобилей

Воздухозаборники наружные и холодного воздуха делятся на две группы по способу подачи воздуха:

• Пассивные;
• Активные.

Пассивные заборники воздуха — это простые устройства в виде пластиковых или металлических труб различной конфигурации, которые обеспечивают лишь подвод воздуха к фильтру. Такую конструкцию имеет большинство воздухозаборников легковых автомобилей и очень многих грузовиков. На наружной стороне данных устройств могут располагаться различные вспомогательные устройства — «грибки» для защиты от пыли и грязи, резонаторы для формирования потока воздуха определенной структуры, сетки, жалюзи и т.д.

Активные заборники воздуха — это более сложные устройства, которые не просто доставляют воздух к фильтру, но и решают одну или несколько вспомогательных задач. Наибольшее распространение имеют два вида активных воздухозаборников:

• Моноциклоны — заборники с завихрителями (неподвижными лопастями, расположенными поперек оси потока воздуха), которые придают потоку воздуха вращение для дополнительной очистки от пыли (за счет центробежных сил) и лучшей наполняемости системы питания. Примером моноциклона служит типичный воздухозаборник тракторов МТЗ в виде грибка, также несколькими циклонами оснащаются современные заборники грузовых автомобилей, предназначенных для эксплуатации в условиях повышенной запыленности;
• Вращающиеся заборники — устройства, на наружной стороне которых установлен вращающийся сетчатый барабан с крыльчаткой и завихрителем. Барабан приходит во вращение под действием набегающего потока воздуха, благодаря этому происходит отсеивание крупного мусора и формирование завихренного потока воздуха в системе питания. Также вращение обеспечивает самоочистку наружной поверхности барабана от застревающих частиц загрязнений, поэтому данные устройства используются на автомобилях и различной технике (тракторы, комбайны), эксплуатируемой в условиях повышенной запыленности.

Оба этих воздухозаборника, а также и все заборники с сетками на входе, считаются фильтрами грубой очистки воздуха, которые устраняют проникновение в систему питания крупных частиц (камней, травы и т.д.) и значительно продлевают ресурс воздушного фильтра.

В отдельную группу выделяются воздухозаборники специального назначения — шноркели (шнорхели). Эти устройства используются на внедорожниках и другой технике, которой в процессе эксплуатации приходится преодолевать глубокие водные преграды и двигаться по бездорожью (военная техника, раллийные автомобили). Шноркель представляет собой герметичную трубу, вынесенную на уровень крыши автомобиля — расположение в самой высокой точке автомобиля обеспечивает защиту от воды и грязи. Обычно шноркели оборудуются поворотным заборником, который можно развернуть по ходу или против хода движения автомобиля, он имеет сетку и может оснащаться вспомогательными деталями (для отвода воды, для завихрения воздуха и т.д.).

Воздухозаборник на капот

Наконец, существует большая группа капотных воздухозаборников легковых автомобилей, которые выполняют две функции — формирование направленного потока воздуха и украшение. Эти устройства имеют разнообразный дизайн и привносят во внешний вид автомобиля новые ноты, и, в то же время, обеспечивают интенсивную подачу воздуха в подкапотное пространство или непосредственно к внутреннему заборнику воздуха. Но сегодня распространение получили и чисто декоративные воздухозаборники, которые помогают придать автомобилю более агрессивный, спортивный вид, но практически не оказывают никакого влияния на работу воздушного тракта его системы питания.

Вопросы выбора и замены воздухозаборников

В процессе эксплуатации транспортного средства воздухозаборник не подвергается большим нагрузкам, однако он может быть поврежден вследствие удара (чему особенно подвержены наружные заборники грузовых автомобилей, тракторов и другой техники) или вибраций, либо потерять свои характеристики от старения (особенно этому подвержены пластиковые детали). При неисправности деталь следует заменить, иначе может нарушиться режим работы двигателя, повыситься интенсивность засорения фильтров и т.д.

На замену следует выбирать только те воздухозаборники, которые подходят для данного автомобиля или трактора — это легко сделать по типу и каталожному номеру детали. Замена возможна только в тех случаях, когда на разной технике используются одинаковые детали — как, например, заборники всех автомобилей КАМАЗ, «грибки» на воздухозаборники, моноциклоны и вращающиеся заборники многих тракторов и грузовиков, и т.д.

Замена заборника обычно сводится к демонтажу старой детали и установке новой, для этого требуется выкрутить несколько винтов, демонтировать пару хомутов и снять один или два уплотнителя. При монтаже следует соблюдать правильность установки уплотнителей и обеспечивать максимально герметичный монтаж, чтобы избежать подсоса воздуха через щели. Все работы следует выполнять в соответствии с инструкцией по ремонту и ТО автомобиля.

Выбор декоративного воздухозаборника сводится к подбору детали, подходящей по месту установки и внешнему виду. Монтаж заборника может выполняться различными способами, в том числе и без выполнения сверления капота и иных кузовных деталей — в каждом конкретном случае следует придерживаться приложенной инструкции.

При верном подборе и замене воздухозаборника двигатель будет получать необходимое количество воздуха и нормально работать в любых условиях.

Транскрипт

1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «ВГТУ», ВГТУ) Кафедра самолётостроения С.К. Кириакиди КОНСТРУКЦИЯ ВОЗДУХОЗАБОРНИКОВ САМОЛЕТОВ Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия Воронеж 2013

2 УДК Кириакиди С.К. Конструкция воздухозаборника самолета: учебное пособие / С.К. Кириакиди. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», с В учебном пособии рассматриваются вопросы назначения, применения конструкции воздухозаборника для различных типов летательных аппаратов, как дозвуковых, так и сверхзвуковых. Включены вопросы оценки оптимальных аэродинамических форм внутреннего и внешнего обводов. Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению "Самолёто- и вертолётостроение", дисциплине «Конструкция самолетов». Пособие предназначено для студентов 4-го курса очной формы обучения. Табл. 18 Ил. 23 Библиогр: 9 Научный редактор д-р техн. наук, проф. В.И. Корольков Рецензенты: отдел главного конструктора ОАО «Воронежское акционерное самолётостроительное общество», зам. главного конструктора Назаров В.П. Кириакиди С.К., 2013 Оформление. ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»,

3 Оглавление Введение 5 1 Воздухозаборник современного самолета Назначение и конструктивные особенности 9 воздухозаборников Описание конструкции мотогондолы Ту Описание конструкции мотогондолы Ил Технологический процесс изготовления 29 конструкции воздухозаборника на примере самолета Ту Материалы и оборудование для изготовления воздухозаборников Ту Использование в конструкции воздухозаборников полимерных композиционных материалов 38 2 Силовой расчет воздухозаборника самолета Ту Исходные данные для силового расчета Распределение расчетных аэродинамических 44 нагрузок по длине воздухозаборника 2.3 Распределение нагрузок по длине и сечениям воздухозаборника Распределение аэродинамических нагрузок по внутренней поверхности воздухозаборника Определение равнодействующих нагрузок по 56 сечениям воздухозаборника от внешних и внутренних аэродинамических нагрузок 2.6 Нагрузки на болты крепления воздухозаборника Проверка прочности воздухозаборника 63 самолета 3 Примеры конструктивного исполнения 79 воздухозаборников 3.1 Конструкция воздухозаборника 79 сверхзвукового самолета Ту Конструкция воздухозаборника Ил

4 3.3 Конструкция воздухозаборника Ту Заключение 99 Библиографический список 100 4

5 ВВЕДЕНИЕ На летательном аппарате с воздушно-реактивными двигателями применяются различные входные устройства. Они служат для торможения потока воздуха перед поступлением его в двигатель. Основными требованиями, предъявляемыми к входным устройствам, являются: обеспечение высоких значений коэффициента сохранения полного давления; создание равномерного потока на входе в двигатель или желаемой (допустимой) неравномерности; минимальное аэродинамическое сопротивление; обеспечение устойчивой и эффективной работы во всем требуемом диапазоне режимов полета и режимов работы двигателя. Выбор входного устройства во многом зависит от расчетного числа М полета летательного аппарата, потребного диапазона отклонения чисел М от расчетного, места расположения силовой установки на летательном аппарате, типа применяемых двигателей и ряда других факторов. В зависимости от расчетной скорости полета входные устройства можно разделить на два типа: 1) дозвуковые для дозвуковых летательных аппаратов; 2) сверхзвуковые для сверхзвуковых летательных аппаратов. К дозвуковому диффузору ТРД относится не только сам внутренний канал, по которому воздух поступает к двигателю, но и примыкающая к нему входная часть заборник воздуха. Заборник должен иметь плавное очертание входных кромок, что необходимо для предотвращения срыва потока на входе. Внутренний канал у таких диффузоров является расширяющимся. При движении дозвукового потока воздуха по расширяющемуся каналу происходит уменьшение его скорости и увеличения давления. Интенсивность процесса 5

6 торможения определяется степенью изменения площади канала. Чем больше увеличивается площадь канала, тем интенсивнее должен быть процесс торможения. Одной из актуальных задач создания современных самолетов является снижение шума двигателя. В том время, как самолеты с большой дальностью полета являются наиболее шумными из-за большой мощности установленных на них двигателей, самолеты со средней и малой дальностью полета более многочисленны и любое мероприятие по снижению шума этих самолетов также имеет большое значение. Существует три основных способа достижения этой цели: применение малошумных двигателей, более совершенные приемы эксплуатации самолетов и двигателей и рациональная установка двигателей на самолете. В авиационных двигателях шум порождается вентилятором ДТРД (компрессором ТРД), реактивной струей и внутренними источниками (прежде всего турбиной). Основным источником шума ДТРД с малой и особенно с большой степенью двухконтурности является вентилятор, причем общий уровень шума ДТРД ниже, чем ТРД. Наибольшее влияние на уровень шума оказывает скорость истечение газа, поэтому действенным способом снижения шума является переход в пассажирской авиации от ТРД к двухконтурным двигателям, шум реактивной струи которых меньше из-за существенно меньшей ее скорости. Однако главным источником шума у ДТРД стал вентилятор. В настоящее время разработаны следующие основные способы снижения шума одноступенчатого вентилятора: отказ от ВНА вентилятора, пониженная окружная скорость рабочего колеса, оптимальное соотношение чисел лопаток выходного направляющего аппарата и рабочего колеса, увеличенное расстояние между этими рядами лопаток. Применение турбовентиляторов с высокой частотой вращения позволяет снизить массу двигателя, а требование 6

7 по уровню шума заставляет ограничивать частоту вращения значениями, соответствующими окружным скоростям вентиляторов м/с. Кроме того, рассматриваются другие предложения по снижению шума вентилятора одним из которых является способ снижения шума в процессе распространения его из воздухозаборника и выходного устройства. Этот способ включает облицовку стенок проточной части звукопоглощающими конструкциями (ЗПК), рисунок 1. Рисунок 1 Мотогондола двигателя пассажирского самолета с звукопоглощающими панелями а мотогондола с ЗПК; 7

8 б многослойная звукопоглощающая конструкция; 1 перфорированная обечайка; 2 сотовый заполнитель; 3 опорная поверхность. 8

9 1 Воздухозаборник современного самолета 1.1 Назначение и конструктивные особенности воздухозаборников Функциональный элемент, необходимый для организации потока на входе в двигатель и обеспечения необходимых режимов работы двигателя конструктивно выполнен в виде воздухозаборника. Воздухозаборник (ВЗ) элемент летательного аппарата, предназначенный для подвода из атмосферы к двигателю воздуха с параметрами, обеспечивающими высокую эффективность силовой установки по тяге и расходу топлива при её минимальном сопротивлении аэродинамическом и надёжной (без помпажей двигателей и ВЗ) работе. ВЗ подразделяют в зависимости от диапазона скоростей полёта летательного аппарата на дозвуковые и сверхзвуковые, а в зависимости от конфигурации на осесимметричные, плоские (с прямоугольным поперечным сечением) и другие. Дозвуковой ВЗ включает коллектор и диффузор. Коллектор иногда выполняют с автоматически открывающимися окнами для впуска воздуха, он предназначен для обеспечения безотрывного втекания воздуха в канал при взлёте и маневрировании летательного аппарата. Диффузор с малым углом раствора позволяет улучшить сопряжение коллектора с гондолой двигателя для уменьшения аэродинамического сопротивления. За диффузором ВЗ до воздушно-реактивного двигателя может быть канал почти постоянного поперечного сечения по длине и нередко криволинейный. ВЗ вертолётов выполняются часто с пылезащитным устройством. Очистка воздуха осуществляется на криволинейном участке канала за счёт центробежного эффекта. 9

10 Сверхзвуковой ВЗ включает сверхзвуковой диффузор участок для торможения и сжатия сверхзвукового потока и дозвуковой диффузор, расположенный за «горлом» (наиболее узкое сечение канала). Обечайка выполняется тонкой для уменьшения волнового сопротивлении гондолы. Сжатие потока в сверхзвуковом диффузоре осуществляется в системе скачков уплотнения, образованной специально профилированной обечайкой и клиновидным телом у плоских ВЗ или конусообразным центральным телом у осесимметричных ВЗ. Воздухозаборник (ВЗ) и воздушный канал, обычно составляющие часть планера, более других элементов влияют на силу тяги, создаваемой двигательной установкой. Они обеспечивают подвод воздуха, необходимого для нормальной работы двигателя, в требуемом количестве и с определенными скоростью и давлением. При малых скоростях полета сжатие воздуха перед камерой сгорания происходит главным образом в компрессоре. С ростом же скорости полета, а особенно после достижения сверхзвуковых скоростей, появилась возможность использования кинетической энергии потока для повышения давления воздуха, подводимого к двигателю. При таких скоростях роль воздухозаборника существенно возрастает, поскольку использование кинетической анергии набегающего потока воздуха приводит к уменьшению расхода энергии на привод компрессора. Такое входное устройство является фактически предварительным бестурбинным компрессором. В околозвуковых самолетах достаточно хорошо выполняет свою функцию воздухозаборник постоянной геометрии с закругленной передней кромкой. Тщательное профилирование воздухозаборника обеспечивает малые потери, а также однородное поле скоростей потока перед компрессором. Однако при сверхзвуковой скорости перед таким воздухозаборником на расстоянии толщины ударного слоя образуется 10

11 неприсоединенный прямой скачок уплотнения, за которым скорость уменьшается до дозвукового значения. Такому скачку сопутствует большое волновое сопротивление. Для сверхзвуковых самолетов потребовалось разработать воздухозаборники иной формы и иного принципа действия. Ввиду широкого диапазона эксплуатационных скоростей этих самолетов их воздухозаборники и воздушные каналы должны одинаково хорошо работать в разных условиях, обеспечивая как простой подвод воздуха при взлете, так и создание оптимальной системы скачков уплотнения в полете с максимальной скоростью. Таким образом, конструкция воздухозаборника зависит от скорости полета и расположения двигателя на планере, а также от формы и принципа действия входного устройства двигателя. В построенных до настоящего времени сверхзвуковых самолетах нашли применение воздухозаборники: 1) центральные (лобовые), т.е. размещенные по оси симметрии самолета (или оси гондолы), либо боковые (по бокам фюзеляжа); 2) нерегулируемые либо регулируемые, т.е. воздухозаборники, внутренняя геометрия которых постоянна или может изменяться в зависимости от условий полета; 3) с внешней, внутренней или комбинированной компрессией, т.е. воздухозаборники, в которых сжатие воздуха путем преобразования кинетической энергии потока в статическое давление происходит соответственно перед воздухозаборником либо в воздушном канале; 4) плоские либо трехмерные, т.е. воздухозаборники, форма поперечных сечений которых близка к прямоугольной либо круглой (полукруглой, эллиптической и т.п.), На многих самолетах применен лобовой воздухозаборник (в том числе - нерегулируемый), на других используются боковые воздухозаборники. Боковые же воздухозаборники обычно размещаются перед передней 11

12 кромкой крыла в его плоскости, над крылом, либо под ним в зависимости от принятой аэродинамической схемы самолета. Центральные воздухозаборники в фюзеляже или в индивидуальных гондолах выполняют почти исключительно круглыми по форме поперечного сечения, и только в редких случаях использована овальная форма (F-100 и др.). Преимуществом воздухозаборников двигателей, размещенных в гондолах, является их непосредственное соединение с компрессором, благодаря чему они имеют малую массу, малые потери давления и равномерное поле скоростей потока. В крейсерском полете со сверхзвуковыми скоростями для круглых воздухозаборников характерна, кроме того, постоянная система скачков уплотнения, соответствующая расчетным условиям работы. К недостаткам круглых воздухозаборников относится снижение их эффективности с увеличением угла атаки, обусловленное изменением системы скачков уплотнения. В случае центральных фюзеляжных воздухозаборников воздушный канал оказывается длинным и сложным по форме, что требует значительного объема фюзеляжа и затрудняет размещение топлива, оборудования и т.п. Кроме того, такой воздухозаборник исключает возможность применения радиолокационной антенны большого диаметра, величина которого ограничена габаритами центрального тела, размещенного внутри входного устройства. Недостаток надфюзеляжного и подфюэеляжного воздухозаборников состоит в снижении их эффективности при больших углах атаки (соответственно положительных или отрицательных) ввиду того, что воздухозаборник заслоняется фюзеляжем и крылом. Боковым воздухозаборникам свойственно значительно большее разнообразие форм поперечного сечения. В начальный период развития сверхзвуковых самолетов обычно применялись воздухозаборники полуэллиптические, полукруглые или составляющие четверть круга. В последнее 12

13 время почти повсеместно применяются плоские боковые сверхзвуковые воздухозаборники прямоугольной формы с закругленными углами. Отказ от полукруглых воздухозаборников объясняется стремлением не искажать профиль корневых частей крыла и плоскую форму несущего фюзеляжа. Размещение воздухозаборников по бокам фюзеляжа позволяет не только значительно укоротить воздушные каналы, но и занять всю носовую часть фюзеляжа оборудованием, в том числе оборудованием радиолокационной станции. Плоские боковые воздухозаборники работают очень эффективно во всем диапазоне эксплуатационных скоростей и углов атаки. Основными недостатками боковых воздухозаборников являются затенение одного из них фюзеляжем во время выполнения маневров со скольжением при сверхзвуковой скорости полета и влияние на их работу пограничного слоя, который является основным источником неравномерности поля скоростей в воздухозаборнике и воздушном канале. В диапазоне малых сверхзвуковых скоростей еще применимы нерегулируемые воздухозаборники, выполняемые с заостренными входными кромками, на которых возникает локальный присоединенный прямой скачок уплотнения. Скорость потока за таким скачком уменьшается до дозвуковой, но она еще так велика, что необходимо дальнейшее замедление потока до значения скорости, требуемого для компрессора. Происходит это в расширяющемся диффузоре. Использование входных острых кромок препятствует возникновению в воздухозаборнике толстого пограничного слоя и последующему отрыву этого слоя, ухудшающему работу двигателя. За локальным присоединенным скачком уплотнения скорость воздуха уменьшается до дозвукового значения так же резко, как и за не присоединенным головным скачком, однако вследствие его локальности большая часть кинетической энергии переходит в статическое давление 13

14 (остальная преобразуется в тепловую энергию). Тем не менее, с увеличением скорости полета интенсивность скачка и, соответственно, потери в процессе динамического сжатия возрастают, вследствие чего снижается тяга двигательной установки. Поэтому воздухозаборники такого типа применяются в самолетах с максимальной скоростью, не превосходящей М = 1,5. При более высоких скоростях хорошая эффективность динамического сжатия на бегающего потока может быть достигнута только в системе косых скачков уплотнения, для которых характерна меньшая интенсивность, не, меньшее падение скорости и меньшие потери давления. Скорость потока за косым скачком еще остается сверхзвуковой, и если она соответствует числу Маха, не превышающему 1,5-1,7, то дальнейшее торможение потока может происходить в прямом скачке. Потери в таком слабом скачке невелики, а дозвуковая скорость за ним уже приемлема для воздушного канала. Двухскачковый воздухозаборник работает эффективно до скорости полета М = 2,2. При дальнейшем увеличении скорости набегающего потока возрастает также число Маха за косым скачком. Если оно превышает 1,5-1,7, то поток воздуха следует дополнительно сжать в еще одном косом скачке, чтобы его скорость перед замыкающим прямым скачком имела приемлемое значение. Воздухозаборник с такой системой скачков называется трехскачконым и может применяться до М ~ 3. Требуемую систему скачков можно создать путем выдвижения из воздухозаборника вперед элемента с острой вершиной (независимо от использованного принципа компрессии) либо путем использования воздухозаборника с острыми входными кромками и соответствующим образом спрофилированного диффузора (во входных устройствах с внутренней или комбинированной компрессией). Конструктивные элементы внутри воздухозаборника, используемые для создания косых скачков уплотнения, 14

15 называются генераторами скачков. На практике нашли применение генераторы в форме конусов, полуконусов, четвертьконусов и клиньев. На их вершинах при сверхзвуковом полете образуется присоединенный скачок с углом наклона, зависящим как от угла при вершине тела, так и от числа Маха. Поскольку в косом скачке изменение параметров потока, как уже упоминалось выше, происходит менее резко, чем в прямом, значительно меньше и потери, а тем самым выше создаваемое статическое давление. Статическое давление заторможенного потока тем больше, чем выше скорость полета и число косых скачков уплотнения, в которых происходит преобразование энергии. На практике используются двух-, трех и даже четырехскачковые системы, Второй и последующие косые скачки могут создаваться генератором с ломаной образующей или в результате отражения волн возмущения от внутренних стенок диффузора. Первый способ создания скачков характерен для воздухозаборников с внешней компрессией, а второй-с комбинированной. В воздухозаборниках с внутренней компрессией скачки индуцируются внутри неосесимметричного воздушною канала благодаря соответствующему профилю поперечных сечений диффузора. Описанные выше способы создания скачков уплотнения различаются между собой местом образования скачков относительно плоскости входа в воздухозаборник. Общей чертой их является многоступенчатость процесса торможения потока, благодаря чему обеспечиваются максимальное использование динамического сжатия, минимальные потери и равномерное распределение скорости. На первых сверхзвуковых самолетах с воздухозаборниками, оснащенными генераторами косых скачков уплотнения, использованы входные устройства с внешней компрессией. По сравнению с другими они 15

16 довольно просты в регулировке и имеют малую массу. Генератор размещается относительно входа в воздухозаборник таким образом, чтобы генерируемый им первичный скачок касался входной кромки воздухозаборника в расчетных условиях полета, что позволяет получить максимальный захват воздуха, минимальные потери в процессе сжатия и минимальное внутреннее сопротивление входного устройства. Однако существенными недостатками входных устройств этого типа по сравнению с другими являются большое (наибольшее) внешнее сопротивление, связанное с изменением направления движения потока, а также наименьший прирост статического давления и большая лобовая площадь из-за того, что внутри воздухозаборника необходимо разместить генератор скачков. Теоретически наиболее рационально использование входных устройств с внутренней компрессией, которые наиболее эффективны и обладают минимальным внешним сопротивлением. Однако такие входные устройства пока не нашли практического применения ввиду сложности конструкции профилированного воздушного канала и необходимости плавного изменения его внутренней геометрии в соответствии с изменяющимися условиями полета и работы двигателя. В настоящее время все шире применяются входные устройства с комбинированной компрессией, которые при относительно простой конструкции отличаются довольно высокой эффективностью. Разница в деталях сверхзвуковых воздухозаборников обычно связана с принятыми теоретическими предпосылками, результатами экспериментов и вкусами конструкторов. Например, британский экспериментальный самолет F.D.2, на котором в 1956 г. был установлен мировой рекорд скорости (1322 км/ч), имел весьма специфичный воздухозаборник. Его верхняя входная кромка заострена и выдвинута вперед относительно закругленной нижней. 16

17 С одной стороны, это приводит к возникновению в верхней кромке присоединенного косого скачка, который проходит на определенном расстоянии перед нижней кромкой, не позволяя возникнуть около нее неприсоединенному прямому скачку. С другой же стороны, выдвижение верхней кромки вперед позволяет увеличить лобовое сечение воздухозаборника в полетах на больших углах атаки, когда скорость полета мала, а требуемый расход воздуха в двигателе велик. Кроме того, получили распространение устройства дополнительного подвода или отвода воздуха, входящие в систему воздухозаборника, К таким устройствам относят впускные (взлетные) и перепускные створки, которые обычно располагаются либо вблизи регулирующего элемента (конуса, рампы, клина), либо по длине воздушного канала и открываются или закрываются в зависимости от требуемого для двигателя расхода воздуха. При взлете и полете с небольшими скоростями передняя и задняя части подвижной рампы воздухозаборника подняты, взлетно-перепускная створка открыта, благодаря чему обеспечивается поступление к двигателю требуемого количества воздуха, несмотря на малую скорость набегающего потока. С увеличением скорости полета и давления воздуха на входе в компрессор направление воздушного потока, протекающего через взлетную створку, меняется на противоположное, и излишний воздух из воздушного канала перепускается в атмосферу. При полете с околозвуковой скоростью пропускная способность створки оказывается недостаточной, и для ограничения поступления воздуха в компрессор задняя часть рампы отклоняется вниз, вследствие чего уменьшается проходное сечение воздухозаборника, а размеры канала для отвода воздуха увеличиваются. При полете с большими сверхзвуковыми скоростями передняя и задняя части рампы еще больше отклоняются вниз, обеспечивая поступление в двигатель оптимального 17

18 количества воздуха. Щель между передней и задней частями рампы используется для отвода пограничного слоя. Следовательно, сверхзвуковые воздухозаборники с генератором косых скачков должны профилироваться таким образом, чтобы при расчетной скорости полета первичный скачок касался входной кромки. Такое положение скачка обеспечивает наибольшую эффективность работы входного устройства, поскольку при этом расход воздуха максимален, потери в процессе сжатия и входное сопротивление минимальны, а двигатель работает наиболее устойчиво. Очевидно, что такие условия существуют лишь при определенном числе Маха. Это означает, что данному числу Маха соответствует определенное положение генератора скачков относительно входной кромки воздухозаборника, а на других режимах работы характеристики воздухозаборника ухудшаются. Таким образом, в широком диапазоне сверхзвуковых скоростей набегающего потока удовлетворительные характеристики работы двигателя с нерегулируемым воздухозаборником обеспечить не удается. Этот недостаток является следствием несоответствия постоянной геометрии воздухозаборника, рассчитанной для определенных условий течения, оптимальным параметрам внутреннего и внешнего потоков при нерасчетных условиях. Этот недостаток может быть устранен частично или полностью путем изменения геометрии воздухозаборника (входного, критического и/или выходного сечении) в соответствии с изменяющимися скоростью и высотой полета. Обычно это осуществляется посредством плавного автоматического перемещения регулирующего элемента, что обеспечивает требуемый расход воздуха при малом внешнем сопротивлении в широком диапазоне скоростей полета, соответствие пропускной способности входного устройства производительности компрессора и соответствие системы скачков конфигурации воздухозаборника. Это исключает 18

19 также возможность возникновения неприсоединенного прямого головного скачка основной причины неудовлетворительной работы воздухозаборника и воздушного канала в целом. Рисунок Схема гондолы двигателя сверхзвукового самолета На рисунке показана схема двигательной гондолы сверхзвукового самолета. Щель 1 между фюзеляжем и гондолой служит для слива пограничного слоя. Накопившийся по длине фюзеляжа турбулентный пограничный слой не попадает, таким образом, в тракт двигателя, что улучшает режим работы лопаток компрессора. Обеспечение на всех режимах полета оптимальных параметров воздушного потока, подходящего к двигателю, осуществляется за счет автоматического регулирования геометрии воздухозаборника подвижной рампой 2 (с щелями 19

20 3 для слива пограничного слоя с плоскости рампы) и створками перепуска воздуха 4 и 5. При изменении положения рампы изменяется не только площадь входа воздушного потока в тракт двигателя, но и система скачков уплотнения, возникающих при сверхзвуковых скоростях на передних кромках воздухозаборника и на отдельных участках подвижной рампы Описание конструкции мотогондолы Ту-334 На самолете Ту-334 двигатели размещены на хвостовой части фюзеляжа, что позволяет: а) обеспечить аэродинамически "чистое" крыло с максимально возможным использованием его размаха для размещения средств механизации (закрылков, предкрылков и т.п.) с целью получения высокого аэродинамического качества крыла и высоких значений С y при взлете и при посадке; б) создать необходимые условия для работы воздухозаборников, с обеспечением слива пограничного слоя с поверхности фюзеляжа, при достаточном удалении ВЗ от фюзеляжа. Изменение угла подхода воздушного потока к воздухозаборнику двигателя, расположенного на хвостовой части фюзеляжа, примерно вдвое меньше изменения углов атаки крыла (или изменения угла тангажа самолета), в то время как у заборников, поставленных под крылом или у передней кромки крыла, это изменение угла подхода воздушного потока больше, чем изменение угла атаки крыла; в) улучшить характеристики продольной путевой и поперечной устойчивости за счет: 20

21 работы гондол двигателей и их пилонов как дополнительного горизонтального оперения; малого разворачивающего момента двигателей при остановке одного из них; г) улучшить комфорт и повысить безопасность пассажиров за счет уменьшения шума в кабине (низкочастотного от выхлопной реактивной струи и высокочастотного от воздухозаборников и воздушных каналов) и за счет размещения двигателей позади герметической кабины; что: е) повысить пожарную безопасность, вследствие того двигатели удалены от пассажирской кабины и от топливных баков; ж) повысить эксплуатационные характеристики силовой установки и всего самолета в целом за счет: обеспечения возможности замены целиком всей гондолы вместе с двигателем; создания достаточно хороших условий для подхода к двигателям; з) предохранить двигатели от попадания в них воды и посторонних предметов при работе двигателей на земле благодаря достаточно высокому расположению заборников от земли и от попадания камней из под шасси за счет прикрытия заборников крылом и закрылками; 21

22 и) обеспечить возможность установки двигателей с большей тягой (при сохранении или при небольшом увеличении их веса) вследствие малого плеча тяги относительно центра тяжести самолета; к) улучшить работу устройств для реверсирования тяги двигателей по сравнению с двигателями, размещенными в корне крыла. На самолете Ту-334 установлены мотогондолы с использованием в конструкции композиционных материалов (звукопоглощающие панели воздухозаборника). Мотогондола состоит из: передней части воздухозаборника; задней части (створки мотогондолы); панелей крепления створок мотогондолы. Передняя часть мотогондолы состоит из носка, канала и обечайки. Носок крепится по внутреннему контуру к каналу воздухозаборника, а по внешнему к обечайке. Канал трехслойная оболочка. Внутренняя обшивка (перфорированная) выполнена из алюминиевого сплава Д19чАТВ толщиной 1,8 мм, нагруженная обшивка из сплава Д19чАТ = 1,2 мм. Заполнитель: ТССП-Ф-10П, сотовый, с шестигранной ячейкой, а = 10 мм. Толщина панели 20 мм. Внешняя поверхность воздухозаборника обечайка представляет собой клепаную оболочку с обшивкой из материала Д16-АТВ (травленая) с толщиной обшивки 1,8 мм. Обшивка в обечайке в передней плоскости крепится к стеночному шпангоуту передней губы воздухозаборника, а по задней к торцевому стеночному шпангоуту в районе фланца двигателя. 22

23 Воздухозаборник закреплен на переднем фланце двигателя двенадцатью быстросъемными соединителями (накидными болтами М10), воспринимающими осевые усилия, а также моменты вертикальных и горизонтальных осей. Силовое воздействие в плоскости, определяемой указанными осями, воспринимается цилиндрическим пояском на фланце двигателя, по которому осуществляется и центровка воздухозаборника. В конструкцию воздухозаборника встроена противообледенительная система (ПОС) с отбором горячего воздуха от третьей ступени компрессора высокого давления двигателя. Внешняя обшивка и панели объединены первым и четвертым силовыми шпангоутами. Четвертый шпангоут воздухозаборника выполняет функции поперечной противопожарной перегородки. Носок воздухозаборника отштампованный из нержавеющей стали состоит из четырех частей, сваренных между собой встык. Носок воздухозаборника состоит из обшивки, поперечной диафрагмы, на которой крепится коллектор с частью трубы ПОС и шпангоута 1. Шпангоут 1 сборной конструкции имеет кольцевую форму и состоит из стенки, усиленной поясами и диафрагмами. Коллектор входит в конструкцию противообледенительной системы воздухозаборника (ПОС). Звукопоглощающая канальная панель (ЗПК) конструктивно 23

24 выполнена в виде двух дюралюминиевых обшивок, между которыми вклеен сотовый заполнитель. Со стороны проточной части обшивка перфорирована. По торцам панели приклеены профили для стыковки с носком по шпангоуту 1 и со шпангоутом 4 воздухозаборника Описание конструкции мотогондолы самолета Ил На самолете Ил установлено четыре двигателя расположенных под крылом на двух внутренних и двух внешних пилонах. Для обеспечения нормальной аэродинамики обтекания каждый двигатель заключен в гондолу, которая состоит из носовой части воздухозаборника и капота, закрывающего переднюю часть двигателя. Гондолы всех четырех двигателей одной конструкции и они взаимозаменяемые. Составные части гондолы имеют створки, эксплуатационные лючки и крышки обеспечивают доступ к двигателю и его агрегатам. Для снижения уровня шума на местности оболочка воздухозаборника и капот выполнены из композиционных материалов с шумопоглощающим сотовым заполнителем. Воздуховодный канал - трехслойная сотовая конструкция с перфорированной металлической внутренней обшивкой (рисунок). Для обеспечения ремонтной технологичности воздухозаборник двигателя и капот разборные. Носок воздухозаборника защищен от обледенения кольцевым каналом, по которому циркулирует горячий воздух, отбираемый от двигателя. Предусмотрена система 24

25 сигнализации перегрева и пожара, а также тушения пожара в подкапотном пространстве. Несущей конструкцией капота является основной каркас, который воспринимает и передает на корпус двигателя аэродинамические нагрузки, возникающие на элементах капота в полете. Рисунок Многослойная звукопоглощающая конструкция; 1 перфорированная обечайка; 2 сотовый заполнитель; 3 опорная поверхность. Обшивка капота изготовлена из композиционного углеродистого материала КМУ с сотовым заполнителем из сплошной стеклоткани ССП. Такая обшивка не допускает в эксплуатации ударов и выворачивающих нагрузок. При ударе на композиционном материале возникают трещины и пробоины. В месте пробоины происходит выкраивание материала. Глубокие царапины являются концентраторами напряжения в обшивке, которые могут привести к возникновению глубоких трещин или разрушению створки. Вырезы под люки усилены металлическими накладками и окантовками. Металлические детали на обшивке из композиционных материалов крепятся только при помощи 25

26 болтовых соединений. Крышки люков и жалюзи для сброса воздуха выполнены из алюминиевых сплавов. От задней стенки воздухозаборника до реверсивного устройства с боков и снизу двигатель закрыт двумя легкосъемными створками правой и левой. Створки обеспечивают аэродинамическое обтекание двигателя, защищают коммуникации двигателя от случайных повреждений и обеспечивают доступ к двигателю при техническом обслуживании. Створки крепятся на двигатель при помощи быстроразъемных соединений. На створках имеются воздухозаборники и жалюзи для продува подкапотного пространства, а также люки для сброса отработанного горячего воздуха из агрегатов, установленных на двигателе. Обрезы створок по всему периметру укреплены металлическими профилями. В верхней части створки закреплены четыре кронштейна навески ее на каркас капота. Створки в передней и задней плоскости крепятся при помощи легкосъемных фиксаторов с подпружиненной ручкойзамком. Герметизация по переднему обрезу створки обеспечивается резиновым профилем, установленным на задней стенке воздухозаборника, по заднему обрезу створки фторопластовой прокладкой, закрепленной на опорной поверхности передней стенки реверсивного устройства двигателя. Герметизация верхних и нижних створок предназначена для предупреждения попадания в подкапотное пространство атмосферных осадков и осуществляется при помощи полых резиновых профилей. Для доступа к агрегатам и коммуникациям силовой установки на гондоле имеются эксплуатационные лючки. Люки закрывают легкосъемные крышками и открывают вручную. Вырезы под люки на обшивке из композиционного материала усилены металлической рамой, которая крепится на обшивке гондолы при помощи болтовых соединений. 26

27 Носовая часть гондолы устанавливается на передний фланец двигателя. Носок имеет воздушно-тепловую противооблединительную систему. Воздухозаборник двигателя состоит из следующих основных частей: обогреваемый носок, шпангоут 1 (задняя стенка воздухозаборника), обшивка с обтекателем, воздухозаборный канал. Обогреваемый носок клепальной и сварной конструкции. Он состоит из обшивки носка, подкрепленной приваренным гофром и диафрагмы. По внешнему обрезу диафрагмы имеется профиль для крепления носка к обшивке воздухозаборника. Диафрагма и обшивка носка образуют кольцевой канал, в который через патрубок поступает горячий воздух. Из кольцевого канала горячий воздух попадает в полость между обшивкой носка и гофром, обогревая обшивку носка. Отработанный воздух выбрасывается в щель по заднему обрезу обшивки носка. Обшивка носка представляет собой тороидальной формы профиль, изготовленный из материала 12Х18Н10Т толщиной 1,5 мм. Подкрепляющий гофр также изготовлен из этого материала толщиной 0,3 мм. 27

28 Внешний вид носка в сечении представлен на рисунке Лента выпускного канала Стенка диафрагмы Шпангоут 1 Обшивка носка Гофр Рисунок Носок мотогондолы 28

29 1.2 Технологический процесс изготовления конструкции воздухозаборника на примере самолета Ту-334 Ниже, при рассмотрении технологического процесса сборки ВЗ не рассмотрен вопрос формообразования наружной и перфорированной обшивок, формообразование профилей. Они считаются готовыми изделиями для дальнейшего техпроцесса изготовления канала воздухозаборника. Предварительная сборка обшивок и элементов каркаса Наименование операции Оборудование Инструмент Подогнать и провести окончательную обрезку перфорированных обшивок Собрать на контрольных балках 3 секции перфориров. обшивок. Допуск неприлегания перфориров. обшивок по приспособлению после затяжки контрольных бол-тов ± 0,1 мм Засверлить отверстия под заклепки в перфорированной обшивке по направляю-щим отверстиям накладок Зенковать отверстия со стороны перфорированных обшивок под потайные головки заклепок Подогнать и провести обрезку перфорированной обшивки под потайные головки заклепок. Наружный контур приспособления для сборки Приспособление для сборки перфорированной обшивки Приспособление для сборки неперфорированных ручные ножницы, резной валик Щуп ручные ножницы, резной валик 29

30 неперфорированных обшивок должен соответствовать наружному контуру воздухозаборника с учетом толщины неперфорированной обшивки Собрать на контрольных болтах неперфорированную обшивку Провести примерку и присверливание сборки по следующим технологиям: а) зафиксировать на приспособлении для сборки воздухозаборника клепать через тех. профиль перфориров. обшивку обшивок Приспособл. для сборки и склеивания воздухозаборн. канала плита б) установить упор для фиксации сотового заполнителя и неперфорированной обшивки; в) выставить сотовый заполнитель и секции неперфорированной обшивки; г) стянуть сборку резиновым жгутом и демонтировать упор; д) установить и зафиксировать на контроль-ных болтах профиль и технический профиль, обеспечивающий сохранность геометрических размеров при склеивании (рис. 29). Допуска неприлегания профиля к обшивке после затяжки контрольными болтами ± 0,1 мм; е) провести проверку качества подгонки обшивок до их анодирования к сотовому заполнителю по отпечаткам сот на полиэ-тиленовой пленке, полученным путем зап-рессовки изделия в автоклаве с избыточным давлением 0,6? 0,7 атм. при t =165±5 30

31 С в течение мин. ж) демонтировать сборку Провести хромово-кислотное анодиро-вание обшивок профиля (дет. 015, 027, 017, 029, 023, 025) Нанести грунтовку ЭП-0234 на поверхность свежеанодированных сухих деталей. Допускается разрыв между операциями анодирования и нанесения грунта не более двух часов. Пропустить грунт при t=125 C в течение 1 часа Собрать 3 секции перфорированных обшивок через накладки на контрольных болтах Провести клепку продольных швов перфорированной обшивки ванна хромовокислотно го анодирования марка материала: грунтовка ЭП- 0234; термопечь приспособление для сборки перфориров. обшивок пресс типа КПК- 406 пульве-ризатор НРУ Подготовка сотового заполнителя к склеиванию Наименование и эскиз операции 1. Разрезать (при необходимости) блоки сотового заполнителя по высоте в размер чертежа с допуском ± 0,1 мм 2. Провести стыковку панелей сотового заполнителя по продольным и поперечным стыкам и их формообразование по следующим технологиям а) нанести клеевую пленку ВК-31 на одну из склеиваемых граней сотового заполнителя; б) уложить панели сотового заполнителя на оправку через фторопластовую пленку и отвиклевать стеклолентой; в) установить две термопары на сотовый Оборудование Марка материала: сотовый заполнитель ТССП-Ф-10П; пила мелкозубая ленточная марка: клеевая пленка ВК-31 оправка для формообразующих сот 31

32 заполнитель вблизи клеевого шва; г) выложить дренажные слои 2 3 слоя мешковины и стеклоткани через фторопластовую пленку; д) установить штуцеры на вакуумные мешок: один для создания вакуума из расчета 1 штуцер на 1 мм 2 ; мешковина, стеклоткань Т-13 один в центре для контроля давления под мешком; е) обклеить сборку вакуумным мешком; марка: пленка ППИ-Т уплотнительный жгут 51Г-27 ж) подключить вакуумную линию и создать Вакуумные насос разрежение 0,1 кгс/см 2. Перекрыть вакуумную линию и провести контроль геометричности вакуумного мешка. Допускается спад давления под мешком до 0 не менее, чем через 10 мин. Обнаруженные течи устранить. з) загрузить оснастку со сборкой в автоклав. автоклав типа "Шольц" Соединить вакуумный мешок с вакуумной системой контроля давления. Соединить ШР термопар; Создать разрежение под мешком 0,1 кгс/см 2. Перекрыть вакуумную линию автоклава и провести контроль геометричности мешка. Допускается спад давления под мешком до 0 не менее, чем через 10 мин; и) поддерживая разрежение под мешком 0,1 кгс/см 2 создать давление 0,8 кгс/см 2, после чего отключить вакуумный насос и плавно соединить мешок с атмосферой; к) включить нагрев и довести давление в автоклаве до 1,3 1,5 кгс/см 2. Скорость нагрева клеевого соединения не должна превышать 1 С/мин л) при достижении температуры в клеевом соединении 175±5 С выдержать сборку при 32

33 давлении 1,3 1,5 кгс/см 2 в течение 1,5 часа; м) охладить сборку под давлением 1,3 1,5 кгс/см 2 до температуры 40 С; н) снять давление в автоклаве и выгрузить сборку. Зачистить сотовый заполнитель от затеков клея; 3. Прорезать дренажные пазы в сотовом заполнителе согласно чертежу. 4. Провести раскрой клеевой пленки ВК-31 не снимая защитных слоев. 5. Снять защитный бумажный слой и прикатать клеевую пленку ВК-31 незащищенной стороной на торцы сотового заполнителя. 6. Отперфорировать клеевую пленку ВК-31, не снимая полиэтиленовую пленку, из расчета: одно отверстие в центре каждой ячейки с отклонением ±1 2 мм. 7. Снять второй защитный слой (полиэтиленовую пленку) с клеевой пленки ВК Провести термоусадку клеевой пленки ВК- 31 с применением инфракрасного нагрева по режиму: Установка для прорезки дренажных пазов Клеевая пленка ВК-31 Лампы инфракрасного нагрева температура 75±5 С; выдержать сек. 9. Защитить полиэтиленовой пленкой торцы сотового заполнителя с термоусаженной клеевой пленкой. 10. Провести выкладку клеевой пленки ВК- 31, ее перфорацию и термоусадку со второй стороны сотового заполнителя, повторив операции п.п настоящего ДТП. 33

34 1.3 Материалы и оборудование для изготовления воздухозаборников Ту-334 Номенклатура основных и вспомогательных материалов, оборудование, оснастка и инструмент, необходимые при изготовлении воздухозаборника Ту-334 приведены ниже. Основные материалы, применяемые при изготовлении конструкции воздухозаборника Основные материалы Стеклопласт ТССП-Ф- 10П Лист из сплава Д19чАМВ-1, Лист из сплава Д19чАМ-1, I -й шпангоут - профиль Д16чТ II шпангоут - Д19чАМ- 1,5 Д19чАМ-1,2 Артикул ТУ ОСТ I ОСТ I ОСТ I ОСТ I Грунтовка ЭП-0234 ПИ Пленка клеевая ВКВ-3 ПИ Пленка клеевая ВК-31 ТУ

35 Вспомогательные материалы, применяемые при изготовлении конструкции воздухозаборника Вспомогательные материалы Обезжиривающий состав: нефрас; Артикул ГОСТ антистатическая присадка "Селбол" ТУ Ацетон ГОСТ Пленка полиамидная высшей категории качества ППН-Т и уплотнительный жгут 51Г-27 ТУ Стеклоткань Т-13 ГОСТ Мешковина арт Пленка ТУП фторопластовая Марля ГОСТ Технические ГОСТ салфетки Лента лавсановая ЛЛТ ТУ17-РСФСР

36 1.3а Оборудование, оснастка, инструмент применяемые при изготовлении конструкции воздухозаборника Ту-334 Вспомогательные материалы Оборудование 1.3.а.1 Автоклав типа "Шольц" 1.3.а.2 Термопечь типа ПАП 1.3.а.3 Станок электроэрозионной прошивки типа СЭП а.4 Пресс типа КПК а.5 Пресс FEKD -550/ или FEKD 0550/ а.6 Ножницы роликовые или вибрационные 1.3.а.7 Гибочный пресс 1.3.а.8 типа "Пельс", Профилегибочный станок "Цинцинатти" 1.3.а.9 Печь ПГ а.10 Ванна для типа ЭТА (ЭТА-6) обезжиривания 1.3.а.11 Лампы инфракрасные 1.3.а.12 Станок типа 4К а.13 Приспособление для формообразования и склеивания сотового заполнителя между собой 1.3.а.14 Приспособление для перфорации клеевой пленки 1.3.а.15 Приспособление для сборки 36

37 внутренней обшивки 1.3.а.16 Приспособление для сборки наружной обшивки 1.3.а.17 Приспособление для сборки и склеивания воздухозаборного канала 1.3.а.18 Установка для прорезки дренажных пазов в сотовом заполнителе 1.3.а.19 Приборы для контроля перфоклеев 1.3.а.20 Промышленный холодильник дефектоскоп 4АД-3 типа ВС

38 1.4 Использование в конструкции воздухозаборника композиционных материалов Большие возможности для создания эффективных конструкций мотоустановки позволяют обеспечить композиционные материалы (КМ), обладающие многообразием и уникальностью свойств. КМ это искусственно созданный материал, состоящий из двух или более разнородных и нерастворимых друг в друге компонентов (фаз), соединенных между собой физико-химическими связями, и обладающий характеристиками, превосходящими средние показатели составляющих его компонентов. Принципиальное значение замены металлов как традиционных конструкционных материалов на КМ состоит в том, что вместо ограниченного числа материалов с постоянными и практически равными во всех направлениях свойствами появляется возможность применять большое число новых материалов со свойствами, различающимися в различных направлениях в зависимости от направления ориентации наполнителя в материале (анизотропия свойств КМ). Более того, это различие свойств КМ является регулируемым и у конструктора появляется возможность направленно создавать КМ под конкретную конструкцию в соответствии с действующими нагрузками и особенностями ее эксплуатации. Поэтому правильно спроектированная и хорошо изготовленная конструкция из КМ может быть более совершенной, чем выполненная из металлов. Само создание изделий из КМ является примером единства конструкции и технологии, поскольку материал, спроектированный конструктором, образуется одновременно с изделием при его изготовлении и свойства КМ в значительной степени зависят от параметров технологического процесса. 38

39 Вместе с тем специфика КМ, в частности их низкая прочность и жесткость при сдвиге, требует внимательного отношения к конструктивно-технологической обработке конструкции: расчету сложных многослойных систем, сохранению в изделии высоких прочностных свойств армирующих волокон, получению стабильных характеристик КМ Методы получения ПКМ Отличительная особенность изготовления деталей из ПКМ состоит в том, что материал и изделие в большинстве случаев создаются одновременно. При этом изделию сразу придаются заданные геометрические размеры и форма, что позволяет существенно снизить его стоимость и сделать конкурентоспособным с изделиями из традиционных материалов, несмотря на сравнительно высокую стоимость полимерных связующих и волокнистых наполнителей. Технология изготовления деталей из ПКМ включает следующие основные операции. 1 подготовка армирующего наполнителя и приготовление связующего, 2 совмещение арматуры и матрицы, 3 формообразование детали, 4 отверждение связующего в КМ, 5 механическая доработка детали, 6 контроль качества детали. Подготовка исходных компонентов заключается в проверке их свойств на соответствие техническим условиям, а также в обработке поверхности волокон для улучшения их смачиваемости увеличения прочности сцепления между наполнителем и матрицей в готовом ПКМ (удаление замасливателя, 39

40 аппретирование, активирование поверхности, химическая очистка поверхности, удаление влаги и т. п.). Совмещение армирующих волокон и связующего может осуществляться прямыми или непрямыми способами. К прямым способам относятся такие, при которых изделие формуется непосредственно из исходных компонентов КМ, минуя операцию изготовления из них полуфабрикатов. Непрямыми способами изготовления называются такие, в которых элементы конструкции образуются из полуфабрикатов. В этом случае пропитка армирующих волокон связующим представляет самостоятельную операцию, в результате которой получают предварительно пропитанные материалы (препреги) нити, жгуты, ленты и ткани, которые затем подсушиваются и частично отверждаются. Препреги приготовляют в специальных установках вертикального или горизонтального типа. Формообразование деталей современной техники из ПКМ осуществляется многими технологическими методами, из которых наиболее широкое применение находят методы намотки, прессования, вакуумное и автоклавное формование, пултрузия. 40

41 Метод намотки. Намоткой называют процесс формообразования конструкций из КМ, при котором заготовки получают автоматизированной укладкой по заданным траекториям армирующего наполнителя (нитей, лент, тканей), обычно пропитанного полимерным связующим, на вращающиеся конструктивные формы или технологические оправки. Оправки или формы имеют конфигурацию и размеры, соответствующие внутренним размерам изготавливаемой детали. Формование детали намоткой завершается отверждением намотанной заготовки. В настоящее время намотка осуществляется на автоматизированных намоточных станках с программным управлением, позволяющих получить изделия различных форм и размеров. Наиболее широко метод намотки применяется для изготовления конструкций, имеющих форму тел вращения или близкую к ней. Намоткой изготавливаются трубы, баки, емкости давления различной формы, конические оболочки, стержни, короба и т. п. 41

42 2 Силовой расчет воздухозаборника самолета Ту-334 В конструкциях современных самолетов можно наблюдать большое разнообразие типов, форм и расположений воздухозаборников. Это связано с тем, что они должны обеспечивать наиболее эффективное использование кинетической энергии набегающего потока и вместе с тем иметь минимальное лобовое сопротивление. Форма внутреннего канала должна обеспечивать возможно малые потери энергии на трение, но одновременно отвечать условиям лучшей компоновки самолета. В случае отсутствия аэродинамических продувок по воздухозаборникам нагрузки на них можно приближенно определить, исходя из двух режимов полета самолета. Получаемые нагрузки будут несколько завышены по сравнению с действительными и пойдут в запас прочности. Поскольку профили гондол и капотов подобны профилю крыла и обтекаются воздушным потоком на режимах, соответствующих большим углам атаки крыла, на них возникают значительные аэродинамические нагрузки. В эксплуатации встречаются различные случаи нагружения гондол. Наибольший интерес представляют два случая, учитывающие полет при максимальных скоростях и маневрах самолета. 2.1 Исходные данные для силового расчета Нагрузки распределяются по внешней поверхности следующим образом: избыточное давление по поверхности определяется по формуле 42

43 P э = pq, где P э избыточное давление на поверхности; q скоростной напор; p рассчитывается по формуле: p = p 1 + p y + p z Величина p 1 определяется по графику на рис. 4 Величина p y для случая Д" дается на прилагаемом графике (рис. 5). Для других режимов величина p y пересчитывается пропорционально Y мг. Значение p z определяется по формуле: p z = p z + p z. Распределение p z по контуру и длине воздухозаборника дается на графике (рис. 6). При этом p z определяется по выражению: p z = (z() мг /q)k z 43

44 В случаях А" и Д" z() мг = z мг, в других расчетных случаях следует принимать z() мг = 180 кг. Распределение p z по контуру принимается таким же как и для p z. При этом: p z = ((z мг 180)/q)K z где z мг берется из таблиц; 2.2. Распределение расчетных аэродинамических нагрузок по длине воздухозаборника Нагрузки на внутреннюю поверхность воздухозаборника представлены ниже. Расчетные значения нагрузок в случае А" х,

45 Расчетные значения нагрузок в случае Д" х,

46 2.3. Распределение нагрузок по длине и сечениям воздухозаборника Несимметричное распределение нагрузки Изменение максимальных нагрузок по сечению воздухозаборника Рисунок Изменение максимальных нагрузок по сечению воздухозаборника формуле: Расчетные нагрузки в случае А" и Д" определяются по p = f q (z/q) K z 46

47 Нагрузки по длине мотогондолы определим, подставляя значения для случая А": p = (±190/2000) K z = ±380K z. В случае Д": p = (±160/2000) K z = ±320K z. Нагрузки по контуру мотогондолы определим, подставляя значения для случая А": p = ((±)/2000) K z = (20;-740)K z. В случае Д": p = ((±)/2000) K z = (-40;-680)K z. Суммарные нагрузки: В случае А": p = ±380 K z K z (+20; 740). 47

48 В случае Д": p = ±320 K z K z (-40; 680) Равномерное распределение нагрузки Рисунок Характер распределения нагрузки p 1 по сечениям воздухозаборника 48

49 Угол А" Для всех углов Расчетный случай Д" скоростной напор q, кг/м 2 х Д" ,05 1,1 0,153 0, Распределение p y по воздухозаборнику Величина нагрузки p y по воздухозаборнику: p y = (1600/2210) = 2895,93p y *. Рисунок Характер распределения нагрузки p y Значения p y * приведены ниже в таблице 49

50 Значение нагрузки p y * Сечение х * p y 0 0 0,05 0,1 0,153 0,1716 0, Коэффициент пересчета для случая Д": Л = -1,3812 и p y = -4000p y * Распределение нагрузки по воздухозаборнику от силы p z p z = ±380 K z (+20;-740) K z 50

51 Распределение нагрузки по длине и по контуру от силы p z х K z K z ,55 0,0 5 0,51 0,1-0,42 0,1 53-0,27 0, Суммарные аэродинамические нагрузки на воздухозаборник приведены в таблицах ниже. Суммарные аэродинамические нагрузки на воздухозаборник в случае А" и L = 3,8 м (Р р, кг/м 2), град х,15 3 0,

52 Суммарные аэродинамические нагрузки на воздухозаборник в случае Д" (К = -1,3812, p y = p y * (кг/м 2) х, Таблица 9 Суммарные расчетные аэродинамические нагрузки на воздухозаборник в случае Д" х,

53 2.4. Распределение аэродинамических нагрузок на внутренней поверхности воздухозаборника Нагрузки в канале от p y в случае А": q = 2000 кг/м 2, D вх = 1,6 м, f = 2,0, = -10 ; S вх = r 2 = 2,01 м 2, " = 0,1745; Y = S вх q = 2,1745 = 1403 кг. Нагрузки в канале от p y в случае Д": q = 2000 кг/м 2, D вх = 1,6 м, f = 2,0, = -4 ; S вх = r 2 = 2,01 м 2, " = 0,0698; Y = S вх q = -2,0698 = -561 кг. В случае А": p z = (20;-740)К z ; p y = (1403/2210) p y * = 2539,3p y * (кг/м 2) В случае Д": p z = (-40;-680)К z ; 53

54 p y = (-561/2210) p y * = -1015p y * (кг/м 2) Значения нагрузок в случае А" и Д" при = 0 Расчетный случай А" Д" p = (-40;-680), кг/м 2 х К z p z = (20;-740), кг/м 2 z 0 0,05 0,1 0,153 0, Значения нагрузок в случае А и Д при = 90 p = -1015, Расчетный случай А Д х p y * p y = 2539,2 кг/м 2 y кг/м 2 0-0,05-0,1-0,153-0,

55 Нагрузки на внутреннюю поверхность воздухозаборника в случае А p = p y cos + p z sin x ,

56 2.5. Определение равнодействующих нагрузок по сечениям воздухозаборника от внешних и внутренних аэродинамических нагрузок Рисунок Суммарное распределение нагрузки в поперечном сечении воздухозаборника Расчет нагрузок от внешних аэродинамических сил (для нижних значений p z производится по формулам: q 2 p cos cos rds = - p r y y y 0, q 2 p cos cos rds = - p r. z z z 0 56

57 Принимаем значение r = 2,826 м; Рассчитанные значения нагрузок представлены ниже. Суммарные значения нагрузок в случае А" х p y cos p z sin q y q z q, кг/м, град cos -83sin ,8 0, cos -47sin ,5 0,1-883cos -33sin ,13 0, cos -49sin ,7 x = 0,1; -1589,5 = кг/м; х = 0,153; ,5 = кг/м. Суммарные значения нагрузок в случае Д" х p y cos p z sin q y q z q, град кг/м cos -93sin ,06 0, cos -58sin ,25 0,1 1220cos -42sin ,98 1,75 0, cos -53sin ,84 57

58 x = 0,1; 0, = 3893 кг/м; х = 0,153; 0, = 3024 кг/м Нагрузки на болты крепления воздухозаборника к проставке Воздухозаборник, соединенный болтами со средней частью гондолы двигателя самолета Ту-334, работает на изгиб по схеме консольной балки Определение нагрузок на болты крепления в случае А" Для определения нагрузок на болты крепления воздухозаборника к проставке примем: число болтов n = 12; D окр. болтов = 1440 мм; Распределение суммарной погонной нагрузки в точках Д, С, В, А определяем как: q Д = = 7607 кг/м; q С = = 6203 кг/м; q В = = 4951 кг/м; q А = = 3977 кг/м. 58

59 Рисунок Распределение суммарной погонной нагрузки по длине Величина суммарной приведенной нагрузки R в центре давления определяется как: R = (()/2 + ()/2) 0,19 + (()/2) 0,202 = 3274 (кг). 59

60 Для определения координаты центра давления определим суммарный изгибающий момент М А: М А = ,19 0,19 0,202 0,19 0,5 0,202 0,5 0,135 = 1056 кг м. Координата центра давления х ц.д. = 1056/3274 = 0,3225 м. Расчетные нагрузки на болты определяем по формулам Р max = 4M/nD окр.б., Р max = (4 0,)/(12 1,44) = 245 кг. Срезающая нагрузка буртика (зуба) проставки: Р ср р = 3274 кг. Вес воздухозаборника G в-ка = 93 кг, х ц.т. = 350 мм вперед от плоскости крепления к проставке. Нагрузки на болты крепления воздухозаборника от инерционных нагрузок представлены на рисунке

61 Рисунок Нагрузки на болты крепления воздухозаборника от инерционных нагрузок Задаемся коэффициентом перегрузки n = 1,5, тогда Р инрц = G в-ка n = 93 1,5 = 140 (кг). М = 0, = 49 (кг м). Р б = (4 43)/(12 1,44) = 11,34 (кг). Суммарный М изг = cos92,50 = 1059,271 (кг м). 61

62 Максимальная растягивающая нагрузка на болт Р болт = 245,2 кг. Рисунок Схема расположения крепежных болтов по контуру и суммарные действующие нагрузки 62

63 Определение нагрузок на болты крепления в случае Д" Расчетные нагрузки на воздухозаборник по сечениям и по длине, точки приложения равнодействующих, рассчитанные значения моментов и перерезывающих сил приведены на Максимальное растягивающее усилие на болт: Р max р = 4М/4d = (4 0,)/(12 1,440) = 218 кг. Срезающая нагрузка воспринимается буртиком проставки Р ср р = 2400 кг. 2.7 Проверка прочности воздухозаборника самолета Исходные данные для расчета Внутренняя обшивка: = 1,8 мм, материал: сплав Д19, перфорация диаметром 2 мм. Заполнитель: ТССП-Ф-10П (ТУ), удельный весь заполнителя = 35±5 кг/м 3 ; сж = 15 кг/см 2. 63

64 Рисунок Параметры заполнителя и перфорированной обшивки Внешняя обшивка: = 1,2 мм, материал: сплав Д19. Обечайка изготовлена из Д16Т, = 1,8 мм, травленная с = 1,8 мм до = 1,2 мм. Максимальный размер клетки 101 на 120 мм. 64

65 Рисунок Типовое сечение обечайки Расчет сечения в районе проставки в расчетном случае А" Находим момент инерции сечения: I = (0,4D 3) = 0,4 142,5 3 0,12 + 0,12 + 0,4 138,5 3 пр = ,84 см 4. 65

66 Приведенная толщина внутренней общивки: пр. внутр. обш. = [((138,5)/12,0208) 0,2 0,18 138,5 0,18]/(138,5). Нормальные напряжения от изгиба воздухозаборника: = (М d)/j 2 = (,2)/(638037,84 2) = 22,69 (кг/см 2), Избыток прочности = 2750/22,69 1 >> 1. М = Р l ; Р = 3948 кг; l = 38,2 см. q = 22,69 0,12 = 2,72 кг/см Проверяем ячейку травления на устойчивость от q = 2,72 кг/см. Принимаем, что длинные края ячейки обшивки оперты 66

67 Рисунок Схема нагружения ячейки обшивки Величина a/b = 101/120 = 0,841; К = 3,6. кр = 2750 кг/см 2, = 2750/355 1 = 6,746, >> Проверка прочности внутреннего канала на осевое сжатие Проведем проверку прочности внутреннего канала на осевое сжатие: Т действ. = /2J = [ ,2 2 (138,5) 2 (0,15) 3,14]/(638037,94 4) = 3958 (кг) 67

68 Действующая сжимающая нагрузка от q p ,5 = 3000 (кг/м 2). равна Т = (/4)() 0,3 = 4198,74 (кг). Суммарная нагрузка: Т = 8157 кг. Заполнитель маложесткий. Расчетные формулы для трехслойных панелей: зап < 1,21qE пр, L i = E 1 H/E 1 B = 1, = C + 1/, q = n(1- C) B D 2 R(n + H) b = 1,21qE пр /G зап С 1 = D 1рас /D 1 D 1 = 4(z 0 h н) 3 + 4(H z 0) 3 + 4l i , 68

69 z 0 = [ в в (н + h) + l i н 2 ]/. Расчет по приведенным выше формулам дает: z 0 = / = 1,246, D 1 = 4(1,246 2,8 0,12) 3 + 4(2,27 1,246) (1,246 3 (1,246 1,12 3) = = 3,652, B 2 = 0,15 + 0,12 = 0,27 (мм). Е пр = 6, заполнителя К = 0,2. кг/см 2. Принимаем для маложесткого D 1рас = в 3 + l i н 3 = 0,12 3 = 0, C 1 = 0,005103/3,652 = 0, q = / = 0,

70 Приведенный модуль сдвига: G зап = G xz = 1,5 (c /t) G м, G зап = G yz = (c /t) G м, Модуль сдвига заполнителя: G м = Е м /, G м = 6000/ = 2400 (кг/см 2). G зап = G xz = 1,5 (0,025/1,732) 2400 = 52 (кг/см 2), G зап = G yz = (0,025/1,732) 2400 = 35 (ì/ñì 2), G зап = = 42,7 (кг/см 2) 42,7 < 1,21 0,8 105; т.е. заполнитель маложесткий. 42,7 < 1273,7 b = 1273,7/42,7 = 29,83 = 0, = 0,

71 Критическая осевая сила Т кр: Т кр = 2 К Е пр В z D 1 = 2 0,2 6,27 3,652 0, = кг. Избыток прочности = 45842/ = 4,62. Проведем расчет напряжений во внутренних и наружных слоях трехслойной панели: Рисунок Схема нагружения трехслойной панели q в = q(1/(1 +)); q н = q(q/(1 +)); = l (н / в), l = E 1н /Е 1в = 6, /6, = 1, 71

72 q = 8157/(140,5) = 18,48 (кг/см 2), = 1 (1,2/1,5) = 0,8, q в = 18,48(1/(1 + 0,8)) = 10,27 (кг/см) [ 02 ] = 27,5 (кг/мм 2). q н = 18,48(0,8/1,8) = 8,21 (кг/см), вн = 1027/0,15 = 68,5 (кг/см 2), н = 8,21/0,12 = 68,42 (кг/см 2). Избыток прочности: = 27,5/0,685-1 = >> 39, Проверка прочности внутреннего канала на внешнее давление Расчетные нагрузки: 1. Установившийся режим Н = 0; М = 0; Разрежение на входе в заборник распространяется на всю длину канала: p = -0,645 кг/см 2 ; ст.соты = 0,04 ; м = 2400 кг/см 2 ; xz = 83 кг/см 2 ; G yz = 55,42 кг/см 2 ; G зап = 35,4 83 = 67,8 кг/см 2. 72

73 Определяем Р кр для несимметричной трехслойной оболочки с мягким средним слоем P кр пр 0, 92К Е 4 1,5 R B D 1 2 l i = 1 = E н /Е в; К = 0,8. Заполнитель маложесткий: g = h B 1 /l R 0,5, Е Е 1п 2п 4 В D 1 2 a = 5g E пр /G зап, с 1 = D 2рас /D 2, D 2рас = в 3 + l i н 3 = 0,12 3 = 0,00513 (см 3). D 2 = 4(z 0 h н) 3 + 4(H z 1) 3 + 4l i , z 0 = [ в в (н + h) + l i н 2 ]/. 73

74 z 0 = / = 1,2461. D 2 = 4(1,246 2,8 0,12) 3 + 4(2,27 1,246) (1,246 3 (1,246 1,12 3) = = 3,6515, с 1 = 0,005103/3,6515 = 0, g = 2 0,27 50,7 70,25 0,5 4 0, 27 3, 6515 = 6, G зап = 67,8 кг/см 2. а = 5 6, /67,8 = 33,22. Заполнитель маложесткий: G зап <<5g E пр. 67,8 << 5 6,8 10 5, 67,8 << 2233,18 lga = lg33,22 = 1,52 При l 1 = 0, определяем = 0,

75 5 6, 8 10 Р кр = 0, 92 0, 8 50, 7 70, 25 1, 27 3, 027 0, 864 кг/см 2. = 0,864/0,34 Усилия действующие во внутренних и внешних слоях: S в РR в Е н н 2 Е R z н Е z = 6000 кг/см 2, 5 6, 2, 0 2 0,005358, 29 () S 0, 0, 8 0, н 20,5 (кг/см), 1 0, 8 0, S в = 0,645 69,25/1, = 24,741 (кг/см). н = 20,5/0,12 = 170,8 (кг/см 2), 75

76 Избыток прочности: = 2750/170,8-1 = 15,1. Избыток прочности: в = 24,74/0,15 = 165 (кг/см 2). = 2750/165-1 = 15,7. Давление передаваемое на заполнитель: Р зап = Р/(1 + +) = 0,357 (кг/см 2). Проверяем систему ячейки заполнителя на устойчивость. Рисунок Схема нагружения грани ячейки заполнителя и ее параметры 76

77 Р = 0,357 кг/см. а/b = 20/10 = 2,0, K = 3,6 кр 2 К Е b , 04 3, = 34,56 кг/см 2, f = 0,866 1 = 0,866 см 2. см = (0,357 0,866)/(1 0,04) = 8,12 (кг/см 2), = 34,56/8,11 1 = 3,26 Проверяем стенку ячейки на устойчивость от номинального давления в канале при М = 0,52 (Н = 0, p = 1,009 кг/см 2). Давление передаваемое на заполнитель: Р зап = Р/(1 + +) = 1,009/1,80536 = 0,559 (кг/см 2). см = (0,559 0,866)/(1 0,04) = 12,1 (кг/см 2), = 34,56/12,1 1 = 1,

78 Определяем допустимый диаметр пятна непроклея по наружной обшивке. Рассмотрим работу квадратной пластинки на устойчивость (кромки оперты). a/b = 1, K = 3,6. D = KE 2 н 3, 6 6, 170, = 14,366 см. F непр = 162,1 см 2. Принимаем коэффициент запаса по радиусу f = 2,5, тогда непр = 5,746 см. F непр = 25,93 см 2. 78

79 3 Примеры конструктивного исполнения воздухозаборников 3.1 Конструкция воздухозаборника сверхзвукового самолета Ту Передняя часть воздухозаборника ТУ-144 Передняя часть воздухозаборника состоит из двух спаренных каналов с набором шпангоутов, внешние пояса которых выходят на наружную обшивку, а внутренние пояса поддерживают обшивку канала с гофром. Шаг шпангоутов до 8в шпангоута мм, а от 8в до 16в шпангоута мм. Длина отсека около 5,4м. Передняя часть воздухозаборника изготовлена из титановых и высокотемпературных алюминиевых сплавов. Обшивка канала изготовлена из тонколистового титанового материала 0Т4-1 и подкреплена гофрами. Профили прилегающие к каналу - прессованные, титановые. Конструкция каналов сварная (на точечной сварке). Профили шпангоутов, прилегающие к наружному обводу, и обшивка наружного контура изготовлены из сплава ВТ5-Л. Все алюминиевые детали соединяются заклепочными и болтовыми соединениями. Литейные титановые детали выполнены из В15-Л. Регулирование воздухозаборника осуществляется тремя подвижными панелями (передней, средней и задней), управление которыми производится агрегатом СЦ.02-2 через качалки и тяги кинематики управления панелями. Передняя часть воздухозаборника крепится к крылу, стыки ее с крылом по обтекателям и со средней частью воздухозаборника загерметизированы резиновыми профилями. Канал выполнен из восьми панелей. Панели по длине стыкуются на 8в шпангоуте. 79

80 Обшивка канала толщиной 0,6 мм подкреплена гофром высотой 10мм и шагом 25 мм. Форма канала на входе переходит в конце передней части, у 17в шпангоута, в углах на криволинейную, с некоторыми прямыми участками. Наружняя обшивка изготовлена из высокотемпературного АК4-1 и в зоне полки шпангоута выполнена толщиной 4 мм. Обшивка травленая до толщины 1.2 мм с переходным участком толщиной 2,5 мм. Входная часть воздухозаборника состоит из горизонтального клина, верхней горизонтальной панели, обечайки входа и трех вертикальных панелей: внешней, средней и внутренней. Вся входная часть крепится на шпангоуте 1в болтами. Конструктивно каркас панелей состоит из поперечных диафрагм (прессованные титановые профили) с приклепанной с обеих сторон обшивкой. Исключение составляет средняя вертикальная панель, каркас которой представляет собой литую решетку. Эта решетка обшита титановыми листами толщиной 4,0 мм с травлением до 1,0 мм. Кромки входной части по всему периметру имеют обогревные элементы. На верхней поверхности входной части находятся обтекатели слива пограничного слоя. Все шпангоуты - клепаные, состоят в основном из двух поясов: внутреннего-таврового сечения и наружного - уголкового. Внутренний пояс - прессованные титановые профили, которые перестыковываются в верхних углах литыми фитингами. Шпангоут 1в является силовым шпангоутом передней части. На этом шпангоуте находятся узлы переднего пояса крепления воздухозаборника к крылу. На шпангоуте стыкуются входная часть воздухозаборника и панели канала. Он выполнен из литых деталей. 80

81 Между шпангоутами 1в и 4в в верхней горизонтальной панели имеются окна для слива пограничного слоя. У шпангоутов 2в и Зв в районе окон, установлены коллектор обтекаемой формы. Шпангоут 4-в. К верхней части шпангоута крепятся петли шторок, разделяющие подпанельное пространство средней и задней подвижных панелей. Между шпангоутами 4в и 6в находится агрегат управления подвижными панелями. Шпангоут 5в имеет не замкнутую форму, а опирается на балки, которые передают нагрузку на соседние 4в и 6в шлангоуты. Шпангоуты 6в и 7в. На шпангоутах 6в и 7в крепятся агрегат и рычажный механизм управления подвижными панелями. Крепление осуществлено в верхней части шпангоута, которая представляет собой сваренную из нескольких частей монолитную деталь с площадками для узлов крепления агрегата управления подвижными панелями. Шпангоут 9в. По своей конструкции является типовым для шпангоутов от 9в до 15в. Внутренний пояс выполнен тавровым профилем и проклепан со стенкой уголка наружного пояса. Шпангоуты 16в и 17в. Шпангоуты 16в и 17в являются задним поясом крепления воздухозаборника. На нем находятся кронштейны узлов крепления, воспринимающие вертикальные, боковые и продольные усилия. К верхней части шпангоута 16в крепятся петли задней подвижной панели. На шпангоуте 17в со стороны канала имеется желоб, для резиновой трубки, герметизирующей стык канала со средней, частью воздухозаборника. Подвижными элементами воздухозаборника являются: - три подвижные панели - передняя, средняя, и задняя; - предохранительная шторка, которая является кинематической связью между средней и задней панелью; 81

82 - шторки, разделяющие подпанельное пространство средней и задней подвижных панелей. а) Передняя подвижная панель: Передняя подвижная панель конструктивно выполнена- из продольных титановых балок и поперечных диафрагм; обшита с обеих сторон титановой травленой, обшивкой толщиной 1,2 мм. Продольные балки состоят из двух тавров. Крепится передняя панель петлями к Зд диафрагме и 2-мя тягами к средней подвижной панели. По стенкам канала панель загерметизирована. Герметизация, представляет собой подпружиненный вкладыш из фторопласта. б) Средняя подвижная панель Средняя подвижная панель, конструктивно выполнена из продольных титановых балок и поперечной диафрагмы, обшитых со стороны канала титановой травленой обшивкой толщиной 1,2 мм. Продольные балки состоят из двух тавров. По стенкам канала панель герметизирована. Герметизация: представляет собой фторопластовый вкладыш, подпружиненный к стенке, каналам X средней подвижной панели, на продольных балках, имеются: два кронштейна к которым крепится регулируемыми тягами передняя подвижная панель. Панель с одной стороны крепится к каркасу на петлях с помощью шомпола. Шомпол вставляется с наружной боковой поверхности, для чего в обшивке предусмотрен специальный, лючок. С другой стороны средняя панель крепится петлями к предохранительной шторке, являющейся кинематической связью с задней панелью. При максимально опущенном положении подвижных панелей шомпол связи средней панели с предохранительной шторкой совпадает с люком и заглушкой 13 внешней 82

83 вертикальной панели, что дает возможность расстыковки панелей без снятия их с воздухозаборника. Шомполы и петли покрыты специальной твердой смазкой ВАП-2. в) Задняя подвижная панель Конструкция задней подвижной панели, представляет собой каркас из титановых продольных балок и поперечных диафрагм. Балки имеют двутавровое сечение, а диафрагмы швеллерное сечение, состоящее из 1-х уголков и листа. Со стороны канала каркас обшит титановой травленой обшивкой. Панель крепится к средней подвижной панели через предохранительную шторку, а к шпангоуту 16в при помощи петли и шомполов. Для монтажа шомпола по 16в шпангоуту имеются специальные лючки с крышками. К двум кронштейнам, установленным на панели, присоединяются тяги (10), связывающие панель с механизмом кинематики управления подвижными панелями. Для монтажа этих тяг и для подхода к механизму кинематики управления подвижными панелями на задней подвижной панели предусмотрены со стороны канала люки с крышками. Крышки (2) установлены на петлях и легкосъемных замках. Для выравнивания давлений в канале и подпанельном пространстве обшивка панели между 5-й и 8-й диафрагмой выполнена с перфорацией. Диаметр перфорации 4 мм. Передняя кромка панели обогреваема. По стенкам канала панель имеет герметизацию, выполненную в виде подпружиненного фторопластового вкладыша. В передней части задней панели имеются окна для слива пограничного слоя. В районе окон кронштейны имеют обтекаемую форму. 83

84 г) Шторки Подпанельное пространство средней и задней подвижных панелей разделяются верхней (32), фиг. 3.8, и нижней (31) шторками, соединенными между собой шомполом. Шторка представляет собой фрезерованную титановую панель и обшивку, проклепанную с петлями. Шторки крепятся к каркасу (4-в шпангоут) и к поперечной балке задней панели. Для монтажа и демонтажа шторок у 4в шпангоута имеется люк. Шомпола и петли покрыты твердой специальной смазкой ВАП-2. Герметизация шторок выполнена по стенкам канала и представляет собой подпружиненный к стенке фторопластовый вкладыш Средняя часть воздухозаборника Средняя часть воздухозаборника, состоит из двух каналов с набором шпангоутов, внешние пояса которых выходят на наружную обшивку. Типовой шаг шпангоутов 108 мм; в некоторых случаях шаг доходит до 130 мм. Между собой каналы связаны шпангоутами 66а и 70, а также нижними панелями в зоне и 80-82в шпангоутов. Длина отсека около 7,5 м. В пространстве между каналами располагается нога главного шасси. Подвеска средней части воздухозаборника к крылу и центральному телу осуществляется по шпангоутам N2 66а и 82в, что соответствует близко расположенным плоскостям фюзеляжных шпангоутов 66 и 83. Подвеска выполнена 84

85 при помощи регулируемых тяг(подкосов) тандерного типа. В зоне шпангоута 72а установлены два подкоса для передачи нагрузок, параллельных оси фюзеляжа. Телескопические стыки каналов с соседними частями воздухозаборника загерметизированы трубчатыми резиновыми профилями. Между шпангоутами 66в-69а в каждом канале расположены четыре "плавающие" створки подпитки (три боковых и одна нижняя) для улучшения подсоса воздуха на старте, и одна управляемая створка перепуска для сброса избыточного воздуха в полете. В каждом окне подпитки установлено две створки (одна по контуру канала, другая - герметизированная - по контуру внешнего обвода), связанные между собой тендерами. Внешняя створка снабжена демпферами, которые обеспечивают плавность хода, гасят колебания и служат упором, ограничивающим угол открытия створок величиной Открытие и закрытие створок осуществляется за счет перепада давлений между каналом и наружной атмосферой Управление створкой, перепуска и запирание ее в закрытом положении осуществляется гидроагрегатом. Материал обшивки, шпангоутов, большинства других элементов конструкции агрегата - алюминиевый сплав АК4-ИТ, створок подпитки - магниевый сплав МЛ 10; кронштейны подвески створок, подкосы для подвески воздухозаборника и детали механизма управления створками перепуска - стальные. Канал состоит из семи секций, каждая их которых представляет собой замкнутый технологический отсек. Секции состыкованы на шпангоутах 69в, 71, 736, 76, 78б, и 80в. В верхней части контура, где возникает сжатие от общего изгиба канала, предусмотрены местные утолщения в виде полос, по которым при необходимости (по результатам 85

86 стат. испытаний) могут быть проложены продольные элементы (стрингеры). Продольные стыки листов соединены с помощью ленты толщиной 1,5 мм на двухрядном заклепочном шве. В шести задних секциях, где стыки обшивки совпадают со стыками поясов шпангоутов, лента расположена вне контура канала. В передней секции, где вследствие больших малок поясов и сложности формы канала стыки обшивки не совпадают со стыками поясов, стыковочная лента вынесена внутрь канала. Поперечные стыки листов выполнены на уширенных поясах шпангоутов таврового сечения. Диаметр заклепок - как правило 4 мм. Наружная обшивка имеет толщину 2 мм в Передней зоне и 1,8 мм - в остальной. Листы химически-травленые до толщины 1,1 мм между шпангоутами. Обшивка крепится к наружным поясам шпангоутов при помощи заклепок. В местах, недоступных для обычной клепки, применена односторонняя клепка стержневыми заклепками 6044а. В зоне расположения створок подпитки наружная обшивка крепится не- выпадающими болтами с анкерными гайками. Для подхода к узлам подвески воздухозаборника в наружной обшивке имеются люки и люк в зоне слива пограничного слоя. Все шпангоуты - клепаные, состоят, как правило, из двух поясов, непосредственно связанных между собой: внутреннего - таврового сечения и наружного - уголкового сечения. В зоне больших строительных высот пояса связаны между собой посредством стенки. В связи с тем, что температура в канале достигает на марше 150 С, сечения поясов подобраны с учетом снижения прочности материала АК4--1Т1, при этой температуре. Пояса всех шпангоутов, расположенный позади шпангоута 69в, имеют два стыка, положение которых 86

87 совпадает со стыками обшивки канала. Шпангоут 66а по своей конструкции обличается от остальных вследствие больших нагрузок, приложенных к его узлам. Шпангоут 73а, по своей конструкции является типовым. Внутренний пояс, выполненный из таврового профиля толщиной 1,5 мм, связан заклепками с наружным поясом уголкового сечения переменной толщины. Переходы толщин на внешнем поясе ступенчатые, выполнены методом химического травления. В зоне зализа установлена диафрагма. На шпангоутах 70а,.71в, 73а, 736, 74в, 75, 76в, по которым расположены узлы крепления шассийных створок, установлены фитинги для крепления узлов подвески створок. Шпангоут 66а, состоит из штампованных секций швеллерного сечения, состыкованных между собой болтами- (см. сеч. В-В). По верхнему поясу шпангоута расположены три узла для подвески средней части воздухозаборника к I лонжерону СЧК: центральный узел - накладной, а боковые узлы (I) выполнены за одно целое с секцией шпангоута. Все узлы поддерживаются контрфорсами. Центральная часть шпангоута - клепаная. На передней плоскости шпангоута установлен опорный профиль для резиновой трубки, герметизирующей стык канала с передней частью воздухозаборника. Профиль поддержан кронштейнами и при необходимости может быть снят вместе с ними. Во избежание износа наружной поверхности шпангоута от трения ленты при взаимных перемещениях отсеков воздухозаборника, секции шпангоута облицованы лентой из нержавеющей стали толщинок 0,3 мм. Шпангоут 70 имеет межканальную зашивку из листа и набора профилей, отделяющую шасийную нишу от передней зоны отсека. Шассийная ниша надувается холодным воздухом для охлаждения колес на марше, в связи с этим щель между шпангоутом 70 и крылом герметизируется профилем. В нише на правом 87

88 воздухозаборнике установлен щиток централизованной заправки топливом, а на левом - щиток заправки азотом. Рисунок Передняя часть воздухозаборника Ту

89 Рисунок Средняя часть воздухозаборника Ту

90 Рисунок Сечения передней части воздухозаборника 90

91 Рисунок Общий вид передней части воздухозаборника 91

92 Рисунок Типовой шпангоут 9в 92

93 Рисунок Средняя часть воздухозаборника 1 задняя панель; 2 люк для доступа к подкосу крепления воздухозаборника; 3 шпангоут 70; 4 створки подпитки; 5 зона слива пограничного слоя воздуха; 6 гидроагрегат привода створки перепуска; 7 передняя панель; 8 шпангоут 66в; подкосы крепления воздухозаборника; 15 шпангоут 82в. 93

Региональный этап Всероссийской олимпиады профессионального мастерства обучающихся по специальности Время выполнения 40 мин. Оценивается в 20 баллов 24.02.01 Производство летательных аппаратов Теоретическое

22 УДК 629.735.33.02:620.22-49 А.В. Клопота, канд. техн. наук, И.В. Максимович, А.А. Вамболь, канд. техн. наук ОПТИМИЗАЦИЯ ШИРИНЫ ЛЕНТЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ АВИАКОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ НАМОТКИ На сегодняшний день

РАЗРАБОТКА ВОЗДУШНОГО ТРАКТА ДЛЯ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ВЕРТОЛЕТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ FLOWVISION Т.Д. Глушков 1,2,a, В.В. Митрофович 2,b, С.А. Сустин 2,с 1 Федеральное государственное бюджетное образовательное

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ УПСТ-300/1000М/1200 Установки c. 50 для пропитки тканей УПСТ-1000П Установка c. 51 для пропитки тканей УЛС-3М/3М2 Установки c. 52 для пропитки тканей

Лабораторно-практическая работа 1 Определение КПД компрессора турбостартера ТС-21 1.Цель работы 1.1 Углубить знания по разделу «Компрессора ТРД» 1.2. Получить экспериментально основные параметры компрессора

УДК 621.452.3.(076.5) ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ОТРЫВОМ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ В ДИФФУЗОРНЫХ КАНАЛАХ ПРИ ПОМОЩИ ВИХРЕВЫХ ЯЧЕЕК 2007 С. А. Смирнов, С. В. Веретенников Рыбинская государственная авиационная технологическая

ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРЫ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ Влияние физических характеристик атмосферы на полет Установившееся горизонтальное движение самолета Взлет Посадка Атмосферные

УДК 629.7.023.25 Моделирование увеличенного люка из композиционных материалов в грузовой створке вертолета Ми-171 Курохтин В.Ю. Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления Россия,

МОДЕЛИРОВАНИЕ УВЕЛИЧЕННОГО ЛЮКА ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В. Ю. Курохтин Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ, Россия 106 В конструкции вертолета, как

УДК 629.7.01 А. Н. Кутний Моделирование носовой части фюзеляжа, выполненной из композиционных материалов, с помощью систем CAD/CAM/CAE Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «ХАИ»

ТРУДЫ МФТИ. 2014. Том 6, 1 А. М. Гайфуллин и др. 101 УДК 532.527 А. М. Гайфуллин 1,2, Г. Г. Судаков 1, А. В. Воеводин 1, В. Г. Судаков 1,2, Ю. Н. Свириденко 1,2, А. С. Петров 1 1 Центральный аэрогидродинамический

Принцип действия турбины. Активные турбины Особенности турбины как теплового двигателя. Турбина (от латинского слова «turbo», т. е. вихрь) является тепловым ротационным двигателем, в котором потенциальная

Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск 45 www.mai.ru/science/trudy/ УДК 678.02 Уменьшение энергозатрат автоклавного оборудования путем изменения технологии изготовления деталей из полимерных композиционных

ОАО «НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ, СИНТЕТИЧЕСКИХ АЛМАЗОВ И ИНСТРУМЕНТА» (ОАО «ВНИИАЛМАЗ») 107996, Москва, И 110, ГСП-6, ул. Гиляровского, 65 (495) факс 688-99-42, т. 681-59-07 e-mail: [email protected],

УДК 61.99 ГЕОМЕТРИЯ И ПРОЧНОСТЬ ОТВЕРСТИЙ ПОД РЕЗЬБУ, ОБРАЗОВАННЫХ ВРАЩАЮЩИМСЯ ПУАНСОНОМ, В ТОНКОЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВКАХ П.В. Шаламов Рассмотрен способ формообразования отверстий под резьбу в тонколистовых

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (МГТУ ГА) УТВЕРЖДАЮ» Проректор

Міністерство освіти і науки України Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського Харківський авіаційний інститут кафедра 102 Міцності літальних апаратів ЗАТВЕРДЖУЮ Проректор з науковопедагогічної

Э.К. Кондрашов, В.И. Постнов, В.И. Петухов, Н.С. Кавун, П.А. Абрамов, А.А. Юдин, С.Л. Барботько ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТРЕХСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ НА МОДИФИЦИРОВАННОМ СВЯЗУЩЕМ ФПР-520Г Проведен анализ свойств трехслойных

Лекция 15 РАЗДЕЛ 3: КОНСТРУКЦИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА ТЕМА 3.1. КРЫЛО План лекции: 1. Нагрузки, действующие на крыло. 2. Элементы конструкции крыла самолета. 3. Конструктивно-силовые схемы крыла самолета. Литература

Лекция 20 РАЗДЕЛ 3: КОНСТРУКЦИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА ТЕМА 3.6. КОНСТРУКЦИЯ ВЕРТОЛЕТА План лекции: 1. 2. 3. 4. 5. Конструктивная компоновка одновинтового вертолета. Конструкция лопастей. Конструкция втулки

26 сентября 03 Взаимодействие ударной волны сдозвуковымнагретымслоем В.Н. Зудов Институт теоретической и прикладной механики, Новосибирск E-mail: [email protected] Поступило в Редакцию 26 апреля 2010 г.

КЛЕПАНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ КЛЕПАНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Клепаные соединения образуются с помощью заклепок, поставленных в специально просверленные или пробитые отверстия в соединяемых деталях. Заклепочные соединения относятся

СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН В процессе изготовления машины некоторые ее детали соединяют между собой, при этом образуются неразъемные или разъемные соединения. Неразъемными называют соединения, которые невозможно

УДК 541.64 И.В. Малков, Г.В. Сыровой, И.Л. Непран Анализ характеристик локального НДС соединения металлического фланца с композитным корпусом Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля Рассмотрена

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (1) МПК B61F 1/00 (06.01) 172 927 (13) U1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ R U 1 7 2 9 2 7 U 1 (21)(22) Заявка:

Вертолет МИ-8 руководство по ремонту *^Иивв- ^^Р* ^[Р Д^У НИГА IV вертолета ВЕРТОЛЕТ МИ-8 РУКОВОДСТВО ПО РЕМОНТУ Книга IV ИСПЫТАНИЯ ВЕРТОЛЕТА ПОСЛЕ РЕМОНТА Вертолет Ми-8. Руководство по ремонту. Книга

3. Прессовое оборудование 73 3.. Расчет гидравлических прессов 3... Усилия, развиваемые прессами Номинальное усилие (F н) гидравлического пресса любой конструкции с одним рабочим цилиндром определяется

ЛЕКЦИЯ 25 Движение со сверхзвуковой скоростью. Скачки уплотнения. Ударные волны Число Маха. Реактивные двигатели. Многоступенчатые ракеты. Как было показано выше скорость газового потока, вытекающего из

Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск 72 www.mai.ru/science/trudy/ УДК 629.734/.735 Метод расчета аэродинамических коэффициентов летательных аппаратов с крыльями в схеме «икс», имеющими малый размах Бураго

Всем привет! Я вот о чем подумал. Вижу множество автомобилей, на которых явно не с завода устанавливается воздухозаборник на капот. Это сугубо тюнинг капота, то есть декоративные накладки, либо реально полезная штука? Как вы считаете?

Меня очень заинтересовал этот вопрос, потому решил изучить его более подробно. Все вы знаете, что во время работы двигателя под капотом температура растет очень существенно. Это приводит к нагреву, а иногда и перегреву. Разные воздухозаборники, решетка радиатора и прочие входные отверстия, предусмотренные производителем, нужны именно для обдува.

То есть вроде как инженеры заранее просчитывают необходимость в дополнительном охлаждении подкапотного пространства. Но почему-то многие дополнительно ставят своими руками или обращаются к мастерам, чтобы сделать дополнительный воздухозаборник. Вот давайте попытаемся узнать, зачем это делается и оправдывает ли себя установка такого элемента.

Зачем это нужно

Чтобы двигатель хорошо работал, ему требуется большое количество воздуха и кислорода в частности. Кислород поступает в камеру сгорания, смешиваясь с топливом, образуя топливовоздушную смесь. Она воспламеняется, что приводит в движение поршни, коленчатый вал и в конечном итоге колеса.

Причем количество поступающего кислорода в камеру сгорания напрямую зависит от того, какой температуры воздух. Из-за того что двигатель греется во время работы, количество кислорода от этого падает. Отсюда и западение мощности силовой установки. Поскольку в цилиндры поступает недостаточный объем кислорода, топливовоздушная смесь получается неполноценный, не может полностью сгорать.

Чтобы кислород лучше поступал, требуется обеспечить его лучшее проникновение. Можно говорить, что воздухозаборники тут играют самую непосредственную роль. Причем выполняют они сразу две функции. А именно охлаждают двигатель, и обеспечивают приток свежего воздуха с большим содержанием кислорода.

Установив воздухозаборник, его специальная конфигурация обеспечивает эффективное проникновение кислорода в подкапотное пространство, повышая мощность и отдачу. Потому можно с уверенностью сказать, что этот элемент лишним не будет. Только если речь идет не о декоративной накладке.

Куда устанавливать

Купить и установить дополнительный воздухозаборник можно на любой автомобиль. Тут важно понимать, что все машины уже заранее предусматривают наличие входных путей для прохождения воздуха с его дальнейшим попаданием на двигатель и внутрь мотора для создания топливовоздушной смеси.

Потому ставят сугубо вспомогательные элементы. Их можно встретить на таких автомобилях как:

• УАЗ Патриот;
• Газель;
• ВАЗ 2107;
• Нива 2121;
• Нива 21214;
• Субару Импреза;
• Мазда 6;
• Хендай Купе;
• Хонда Аккорд;
• Митсубиси Лансер и пр.

В некоторых авто уже заранее есть специальные окна с решетками на капоте, через которые поступает воздух для дальнейшего перехода в систему отопления.

Есть ряд фирм, которые изготавливают воздухозаборники под имеющиеся окна или под конкретные модели разных марок автомобилей. Крепят их даже двусторонним скотчем. Хотя это уже какая-то халтура. Подобную конструкцию следует качественно закрепить.

Но подобные воздухозаборники будут малоэффективными, поскольку окна около лобового стекла для воздухозаборников находятся далеко от двигателя. Потому основная масса воздуха начнет перегреваться или идти сразу в отопитель. Толку для двигателя не будет. Специалисты рекомендуют с целью повышения эффективности работы силовой установки ставит заборники воздуха непосредственно посередине капота.

Такое положение считается оптимальным, поскольку потоки воздуха будут идти напрямую на двигатель, а потому они не успеют прогреться до температуры, равной температуре мотора. Дополнительно улучшается внешнее охлаждение силовой установки, что в жаркую погоду крайне актуально.

Есть другой вариант реализации. А именно поставить воздухозаборник в центре, и дополнительно его патрубками. Они будут идти сразу на воздушный фильтр. Только учтите, что на спортивные авто такой вариант не подходит. Здесь лучше поставить воздухозаборник непосредственно над фильтром. Придерживаться строго заданной симметрии нет необходимости.

Самостоятельная установка

Для большей эффективности работы мотора и лучшего охлаждения воздухозаборники действительно служат неплохим решением. Купить его несложно, да и цена для современных авто адекватная. Некоторые предпочитают сделать конструкцию своими руками. Но как по мне, лучше сразу приобрести универсальный готовый элемент, либо же найти вариант конкретно под вашу модель. Так даже предпочтительнее.

Процедура установки выглядит примерно следующим образом:

• Определите место, куда будет монтироваться воздухозаборник;
• Начертите линии в соответствии с размерами элемента для притока воздуха;
• Оптимально будет предварительно снять с машины капот, убрать изоляцию с внутренней стороны. Вырезать прямо на машине не советую;
• По разметке вырежьте необходимый отрез болгаркой. Будьте аккуратными, режьте предельно ровно;
• Края обработайте наждачкой, чтобы удалить заусенцы. Нанесите антикоррозийный состав и слой краски. Это предотвратить ржавчину;
• Теперь приложите воздухозаборник, выровняйте его по всем краям;
• Крепление может осуществляться на клей, двухсторонний скотч, болты и прочие варианты крепежей. Выбирайте более надежный;
• Способ крепления во многом зависит от самой конструкции воздухозаборника;
• Установите элемент, верните все на свои места;
• Сделайте несколько фото и похвастайтесь друзьям.

Будет у вас металлический или пластиковый заборник, решайте сами. Пластиковые дешевле и проще в эксплуатации. Металлические тяжелее, но надежнее и долговечнее. Некоторые даже используют плотный пенопласт. Но это уже не наш вариант. Давайте делать на совесть.

Важные недостатки

Прежде чем решиться на подобный шаг, изучив объективные преимущества дополнительных воздухозаборников, не забудьте проанализировать их недостатки.

Здесь выделяют несколько основных минусов:

• Ряд плохо продуманных конструкций ухудшают сопротивляемость машины встречному ветру, что негативно отражается на аэродинамике;
• Нельзя использовать заборники без решеток. В противном случае через отверстия внутрь легко попадут камни, разный мусор и ряд других чудес с дороги, включая даже маленьких птичек. Пожелайте их, установите решетку;
• Вероятность возникновения коррозии. Многие забывают про антикоррозийную обработку, либо делают ее неправильно. Ничего хорошего в ржавчине нет;
• Воздухозаборник заставит фильтр работает интенсивнее. Потому загрязняться он будет в разы быстрее. Придется раньше проводить плановую замену.

Но окончательно решение принимать вам. Воздухозаборники действительно неплохо себя показывают. Но в основном на спортивных авто и машинах с мощными двигателями. Для серийных гражданских машин, где мощность мотора едва превышает 120-150 лошадиных сил, потребности в этом элементе нет.

Методы модульного конструирования

На рис. 1.12 показан способ разделения двигателя на несколько модулей.

Рис. 1.12. Элементы модульной конструкции

Применение самолетов все больших и больших размеров означает удешевление воздушных перевозок. Данная концепция является успешной, когда эффективно работают самолеты. Однако, если один из компонентов большого самолета, имеющий ограничения, например, двигатель, становится неработоспособным, тогда стоимость перевозки трехсот или четырехсот пассажиров на борту становится непомерно высокой.

Изготовители двигателей для минимизации финансовых расходов потребителей своего оборудования в случае отказа начали применение методов модульного конструирования, которые позволяют замену модулей двигателя, вместо замены двигателя целиком.

ГЛАВА 2 – ВОЗДУХОЗАБОРНИКИ

· Постановка самых важных задач воздухозаборника двигателя.

· Описание геометрии дозвукового воздухозаборника скоростного напора.

· Описание изменения газовых параметров в воздухозаборнике скоростного напора на разных скоростях.

· Обоснование назначения вторичных створок воздухозаборника.

· Описание назначения и принципа работы многоскачковых воздухозаборников на сверхзвуковых скоростях полета.

· Перечисление различных типов многоскачковых воздухозаборников и определение их на различные самолеты.

· Описание причин и опасностей следующих эксплуатационных проблем, связанных с воздухозаборниками двигателей:

Отделение потока, особенно при боковом ветре на земле;

Обледенение воздухозаборника;

Повреждение воздухозаборника;

Всасывание посторонних предметов;

Сильная турбулентность в полете.

· Описание действий пилота для парирования перечисленных проблем.

· Описание условий и обстоятельств во время наземных операций, когда возникает опасность всасывания посторонних предметов или людей в воздухозаборник.

2.1. ВОЗДУХОЗАБОРНИК

Воздухозаборник двигателя встроен в конструкцию планера или является частью гондолы. Он разработан таким образом, чтобы обеспечивать относительную защиту от подачи турбулентного воздуха на фронтальную плоскость КНД или вентилятора. Конструкция канала воздухозаборника оказывает серьезное влияние на характеристики производительности двигателя на всех воздушных скоростях и углах атаки для предотвращения помпажа компрессора.

Простейшей формой воздухозаборника является канал с одним входом и округлым поперечным сечением типа «пито» (скоростного напора). Он обычно имеет прямолинейную форму у двигателей, расположенных на крыле, но может иметь и S-образную форму у расположенных в хвосте двигателей (например, 727, TriStar). Для S-образного канала характерна нестабильность воздушного потока, особенно во время взлетов с боковым ветром.

Воздухозаборник типа «пито» оптимизирует использование скоростного напора и подвержен минимальным потерям давления скоростного напора с увеличением высоты. Эффективность воздухозаборника данного типа снижается из-за образования на кромке скачков уплотнения при приближении скорости самолета к звуковой.

Дозвуковой воздухозаборник обычно имеет расширяющийся канал, позволяющий снизить скорость и повысить давление на входе компрессора при увеличении воздушной скорости.

Давление внутри воздухозаборника ГТД при работе двигателя на стоянке ниже атмосферного. Это происходит из-за высокой скорости потока через входной канал. При движении самолета давление в воздухозаборнике начинает расти. Момент, когда давление в воздухозаборнике сравнивается с атмосферным, называется восстановлением давления скоростного напора . Этот момент обычно наступает на скорости около 0,1 М до 0,2 М. При дальнейшем увеличении скорости самолета, воздухозаборник создает все большее сжатие от скоростного напора, и степень повышения давления в компрессоре от этого увеличивается. Это приводит к повышению тяги без увеличения расхода топлива. Это показано ниже. Вторичные створки воздухозаборника позволяют подавать в компрессор дополнительный воздух во время работы на высокой мощности, когда самолет находится на стоянке или на низких воздушных скоростях/больших углах атаки (Диаграмма Харриера).

Рис. 2.1. Восстановление давления скоростного напора

2.2. СВЕРХЗВУКОВЫЕ ВОЗДУХОЗАБОРНИКИ

Сверхзвуковые самолеты должны иметь соответствующего типа воздухозаборники, т.к. передняя часть компрессора не может справиться со сверхзвуковым потоком. На дозвуковых скоростях воздухозаборник должен обладать свойствами восстановления давления дозвукового воздухозаборника, но на сверхзвуковых скоростях он должен понижать скорость потока воздуха ниже скорости звука и контролировать образование скачков уплотнения.

Площадь сечения сверхзвукового диффузора от передней части к задней постепенно уменьшается, что способствует снижению скорости потока ниже значения 1М. Дальнейшее снижение скорости достигается в дозвуковом диффузоре, площадь сечения которого увеличивается по мере приближения к входу компрессора. Для правильного замедления потока в скачках уплотнения очень важно контролировать их образование в воздухозаборнике. Применение воздухозаборников изменяемой геометрии позволяет правильно контролировать скачки уплотнения; они также могут иметь перепускные створки для спуска воздуха из воздухозаборника без изменения его скорости.

Рис. 2.2. Воздухозаборник с изменяемым горлом (основан на оригинальном чертеже Rolls-Royce)

Рис. 2.3. Воздухозаборник с внешним/внутренним сжатием (основан на оригинальном чертеже Rolls-Royce)

2.3. ПОДВИЖНЫЕ ВОЗДУХОЗАБОРНИКИ

У подвижных воздухозаборников изменяется площадь входного поперечного сечения (Concorde) с помощью подвижного центрального конуса (SR 71). Это позволяет контролировать скачок (скачки) уплотнения на входе компрессора.

2.4. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ

Взлет . Воздухозаборник двигателя разработан для поддержания стабильного воздушного потока на входе компрессора; любые нарушения потока, вызывающие его турбулентность, могут вызвать срыв потока или помпаж компрессора.

Воздухозаборник не может справиться с большими углами атаки и поддерживать стабильный поток воздуха. Один из наиболее критических моментов возникает во время ускорения двигателя до взлетной тяги. На поток воздуха в воздухозаборнике может повлиять любой боковой ветер, особенно на двигатели, установленные в хвосте и имеющие воздухозаборники S-образной формы (TriStar, 727). Для предотвращения возможного срыва потока и помпажа в эксплуатационных руководствах предусмотрена процедура, которым необходимо следовать. Она обычно заключаются в поступательном перемещении самолета перед плавным повышением режима работы до взлетного, примерно 60 – 80 узлов (взлет без остановки).

Обледенение . В определенных условиях может произойти обледенение воздухозаборника. Обычно это происходит, когда температура наружного воздуха ниже +10°, присутствует видимая влажность, стоячая вода на ВПП или дальность видимости на полосе менее 1 000 м. Если данные условия присутствуют, пилот должен включить антиобледенительную систему двигателя.

Повреждение . Повреждение воздухозаборника или любая шероховатость внутри его канала может вызвать турбулентность входящего потока воздуха и нарушить поток в компрессоре, вызывая срыв или помпаж. Будьте внимательны к повреждениям и неравномерной шероховатости поверхности панелей обшивки при осмотре воздухозаборника.

Всасывание посторонних предметов . Всасывание посторонних предметов во время нахождения самолета на земле или вблизи нее неизбежно вызывает повреждение лопаток компрессора. Уделяйте достаточное внимание зоне на земле перед воздухозаборниками двигателей перед их запуском, чтобы гарантировать отсутствие валяющихся камней и другого мусора. Это не относится к двигателям, установленным на хвосте, чьи воздухозаборники расположены над фюзеляжем; они намного меньше страдают от всасывания посторонних предметов.

Турбулентность в полете . Сильная турбулентность в полете может не только заставить пролить кофе, но и нарушить воздушный поток в двигателях. Использование механической скорости для прохождения турбулентности, указаннойв эксплуатационном руководстве, и правильного значения RPM/EPR поможет снизить вероятность неисправности в компрессоре. Также может быть целесообразно или необходимо активировать непрерывное зажигание для снижения вероятности срыва пламени в двигателе.

Наземные операции . Большинство повреждений компрессора вызвано всасыванием посторонних предметов. Повреждение лопаток компрессора приводит к изменению геометрии системы, что может повлечь ухудшение производительности, срыв потока в компрессоре и даже помпаж двигателя. Для предотвращения возникновения таких повреждений важно принимать предварительные меры по удалению мусора (обломков) из зоны стоянки. Далее пилот во время предполетного осмотра должен убедиться в отсутствии посторонних предметов в воздухозаборниках двигателей. Ответственность на этом не заканчивается, после полета необходимо установить заглушки на входные и выхлопные каналы для предотвращения накапливания загрязнений и авторотации.

Во время запуска, руления и реверсирования тяги в воздухозаборник могут всасываться посторонние предметы, и для предотвращения потенциального повреждения необходимо применять минимальную тягу.

Во время работы ГТД происходили серьезные повреждения и некоторые с летальным исходом из-за всасывания персонала в воздухозаборники. При необходимости выполнять работы в непосредственной близости от работающего двигателя необходимо соблюдать особую осторожность.

ГЛАВА 3 – КОМПРЕССОРЫ

Основными параметрами, характеризующими двигатель как силовую установку самолета, являются развиваемая им тяга и удельный расход топлива. Эти параметры определяются на основании характеристик внутридвигательных процессов, которые в случае турбореактивного двигателя зависят главным образом от работы компрессора и турбины. Однако с увеличением скорости полета остальные узлы и агрегаты начинают оказывать на работу двигателя все большее влияние. Это в первую очередь относится к воздушному каналу, форма которого зависит не только от конструкции и назначения двигателя, но также и от его местоположения на планере. С увеличением скорости полета потери давления в воздушном канале увеличиваются, вследствие чего происходит уменьшение тяги двигателя и увеличение удельного расхода топлива.

Рис. 1

Следовательно, определяющими для самолета являются характеристики двигательной установки в целом, а не одного только двигателя. Это утверждение в первую очередь относится к сверхзвуковым самолетам, так как различие между соответствующими характеристиками двигательной установки и двигателя возрастает с увеличением скорости полета. Поэтому для двигательной установки вводится понятие «эффективная тяга», под которой понимается результирующая сил, действующих на внешние и внутренние поверхности двигателя. Характер и величины сил, создаваемых внутренним давлением, и сил трения, обусловленного вязкостью рабочего тела, определяются процессами, происходящими внутри двигателя. Силы же, действующие на внешние поверхности, определяются характером обтекания двигателя внешним потоком и зависят от местоположения и способа установки двигателя на планере, а также от скорости полета. Воздухозаборник и воздушный канал, обычно составляющие часть планера, более других элементов влияют на силу тяги, создаваемой двигательной установкой. Они обеспечивают подвод воздуха, необходимого для нормальной работы двигателя, в требуемом количестве и с определенными скоростью и давлением. При малых скоростях полета сжатие воздуха перед камерой сгорания происходит главным образом в компрессоре. С ростом же скорости полета, а особенно после достижения сверхзвуковых скоростей, появилась возможность использования кинетической энергии потока для повышения давления воздуха, подводимого к двигателю. При таких скоростях роль воздухозаборника существенно возрастает, поскольку использование кинетической энергии набегающего потока воздуха приводит к уменьшению расхода энергии на привод компрессора. Такое входное устройство является фактически предварительным бестурбинным компрессором.

В околозвуковых самолетах достаточно хорошо выполняет свою функцию воздухозаборник постоянной геометрии с закругленной передней кромкой. Тщательное профилирование воздухозаборника обеспечивает малые потери, а также однородное поле скоростей потока перед компрессором. Однако при сверхзвуковой скорости перед таким воздухозаборником на расстоянии толщины ударного слоя образуется неприсоединенный прямой скачок уплотнения, за которым скорость уменьшается до дозвукового значения. Такому скачку сопутствует большое волновое сопротивление, поэтому воздухозаборники постоянной геометрии с закругленной передней кромкой могут использоваться только до М ‹ 1,14-1,2.

Для сверхзвуковых самолетов потребовалось разработать воздухозаборники иной формы и иного принципа действия. Ввиду широкого диапазона эксплуатационных скоростей этих самолетов их воздухозаборники и воздушные каналы должны одинаково хорошо работать в разных условиях, обеспечивая как простой подвод воздуха при взлете, так и создание оптимальной системы скачков уплотнения в полете с максимальной скоростью. Таким образом, конструкция воздухозаборника зависит от скорости полета и расположения двигателя на планере, а также от формы и принципа действия входного устройства двигателя.

В построенных до настоящего времени сверхзвуковых самолетах нашли применение воздухозаборники:

• 1) центральные (лобовые), т.е. размещенные по оси симметрии самолета (или оси гондолы), либо боковые (по бокам фюзеляжа);
• 2) нерегулируемые либо регулируемые, т.е. воздухозаборники, внутренняя геометрия которых постоянна или может изменяться в зависимости от условий полета;
• 3) с внешней, внутренней или комбинированной компрессией, т.е. воздухозаборники, в которых сжатие воздуха путем преобразования кинетической энергии потока в статическое давление происходит соответственно перед воздухозаборником либо в воздушном канале;
• 4) плоские либо трехмерные, т.е. воздухозаборники, форма поперечных сечений которых близка к прямоугольной либо круглой (полукруглой, эллиптической и т.п.).

Из этих данных следует, что на 33 самолетах применен лобовой воздухозаборник (в том числе на 13 нерегулируемый), а на 52-боковой (в том числе на 17 нерегулируемый). Три самолета с ракетным двигателем, естественно, не имели воздухозаборника. Лобовые воздухозаборники в 21 случае размещены в фюзеляже и в 12-в гондолах. Среди фюзеляжных воздухозаборников в 18 случаях они находятся в носовой части фюзеляжа, а в остальных 3 применен надфюзеляжный (в самолете YF-107A) или под фюзеляжные (в самолетах «Гриффон» и F-16). Боковые же воздухозаборники обычно размещаются перед передней кромкой крыла в его плоскости, над крылом либо под ним в зависимости от принятой аэродинамической схемы самолета. Первый вариант характерен для среднепланов, а второй и третий - соответственно в низкопланах и высокопланах.

Центральные воздухозаборники в фюзеляже или в индивидуальных гондолах выполнены почти исключительно круглыми по форме поперечного сечения, и только в редких случаях использована овальная форма (F-100, «Дюрандаль» и др.) Преимуществом воздухозаборников двигателей, размещенных в гондолах, является их непосредственное соединение с компрессором, благодаря чему они имеют малую массу, малые потери давления и равномерное поле скоростей потока. В крейсерском полете со сверхзвуковыми скоростями для круглых воздухозаборников характерна, кроме того, постоянная система скачков уплотнения, соответствующая расчетным условиям работы.

К недостаткам круглых воздухозаборников относится снижение их эффективности с увеличением угла атаки, обусловленное изменением системы скачков уплотнения. В случае центральных фюзеляжных воздухозаборников воздушный канал оказывается длинным и сложным по форме, что требует значительного объема фюзеляжа и затрудняет размещение топлива, оборудования и т.п. Кроме того, такой воздухозаборник исключает возможность применения радиолокационной антенны большого диаметра, величина которого ограничена габаритами центрального тела, размещенного внутри входного устройства.

Недостаток надфюзеляжного и подфюзеляжного воздухозаборников состоит в снижении их эффективности при больших углах атаки (соответственно положительных или отрицательных) ввиду того, что воздухозаборник заслоняется фюзеляжем и крылом.

Боковым воздухозаборникам свойственно значительно большее разнообразие форм поперечного сечения. В начальный период развития сверхзвуковых самолетов обычно применялись воздухозаборники полуэллиптические, полукруглые или составляющие четверть круга. В последнее время почти повсеместно применяются плоские боковые воздухозаборники прямоугольной формы с закругленными углами. Отказ от полукруглых воздухозаборников объясняется стремлением не искажать профиль корневых частей крыла и плоскую форму несущего фюзеляжа. Размещение воздухозаборников по бокам фюзеляжа позволяет не только значительно укоротить воздушные каналы, но и занять всю носовую часть фюзеляжа оборудованием, в том числе оборудованием радиолокационной станции. Плоские боковые воздухозаборники работают очень эффективно во всем диапазоне эксплуатационных скоростей и углов атаки.

Основными недостатками боковых воздухозаборников являются затенение одного из них фюзеляжем во время выполнения маневров со скольжением при сверхзвуковой скорости полета и влияние на их работу пограничного слоя, который является основным источником неравномерности поля скоростей в воздухозаборнике и воздушном канале. Пограничный слой возникает в результате вязкого трения воздушного потока на обтекаемых поверхностях самолета, причем скорость потока у обшивки резко падает до нуля. При сверхзвуковом обтекании скачки уплотнения, взаимодействуя с пограничным слоем, вызывают местный отрыв потока от обтекаемой поверхности с резким увеличением толщины пограничного слоя 1. и т.д., где 1. Толщина пограничного слоя зависит от скорости полета, коэффициента вязкости воздуха, а также от длины обтекаемого участка поверхности. Принимается, что толщина пограничного слоя составляет 1% длины обтекаемого участка при сверхзвуковой скорости полета и возрастает с уменьшением скорости.

Неравномерность распределения скорости изза пограничного слоя возрастает так значительно, что, например, в самолете с воздухозаборниками, непосредственно прилегающими к обшивке фюзеляжа, при скорости полета М = 2,5 тяга уменьшается на ~ 45%, а удельный расход топлива увеличивается на ~ 15%.

Рис. 2

а-боковой воздухозаборник самолета F-4 (видны подвижная передняя и неподвижная-с системой отвода пограничного слоя-части клина); б-боковой воздухозаборник самолета «Мираж» III (видны щель для отвода пограничного слоя с поверхности фюзеляжа и генератор скачков уплотнения в виде полуконуса); в-подфюзеляжный воздухозаборник самолета F-16.

Аналогичная проблема существует и для лобовых воздухозаборников, оснащенных конусами или клиньями, а также для воздухозаборников с внутренней или комбинированной компрессией. Помпаж воздухозаборника или двигателя, вызванный отрывом потока, может привести к аварии. Для устранения этого нежелательного и опасного явления применяют устройства для отвода пограничного слоя с поверхности фюзеляжа (крыла) перед боковым, под- или надфюзеляжным воздухозаборником, а также отверстия для отсоса пограничного слоя с поверхности конуса или клина, что благоприятствует безотрывному обтеканию. При этом воздух пограничного слоя отводится во внешний поток либо используется для охлаждения двигателя. турбореактивный двигатель воздухозаборник генератор

Таким образом, проблема работы воздухозаборника самолета с М ‹ 1,1-1,2 весьма сложна, и поэтому входное устройство должно быть спроектировано несколько иначе, чем в дозвуковом самолете.

В диапазоне малых сверхзвуковых скоростей еще применимы нерегулируемые воздухозаборники, выполняемые с заостренными входными кромками, на которых возникает локальный присоединенный прямой скачок уплотнения.

Скорость потока за таким скачком уменьшается до дозвуковой, но она еще так велика, что необходимо дальнейшее замедление потока до значения скорости, требуемого для компрессора. Происходит это в расширяющемся диффузоре. Использование входных острых кромок препятствует возникновению в воздухозаборнике толстого пограничного слоя и последующему отрыву этого слоя, ухудшающему работу двигателя. За локальным присоединенным скачком уплотнения скорость воздуха уменьшается до дозвукового значения так же резко, как и за неприсоединенным головным скачком, однако вследствие его локальности большая часть кинетической энергии переходит в статическое давление (остальная преобразуется в тепловую энергию). Тем не менее с увеличением скорости полета интенсивность скачка и соответственно потери в процессе динамического сжатия возрастают, вследствие чего снижается тяга двигательной установки. Поэтому воздухозаборники такого типа применяются в самолетах с максимальной скоростью, не превосходящей М = 1,5. При более высоких скоростях хорошая эффективность динамического сжатия на бегающего потока может быть достигнута только в системе косых скачков уплотнения, для которых характерна меньшая интенсивность, т.е. меньшее падение скорости и меньшие потери давления. Скорость потока за косым скачком еще остается сверхзвуковой, и если она соответствует числу Маха, не превышающему 1,5-1,7, то дальнейшее торможение потока может происходить в прямом скачке. Потери в таком слабом скачке невелики, а дозвуковая скорость за ним уже приемлема для воздушного канала. Двухскачковый воздухозаборник работает эффективно до скорости полета М = 2,2. При дальнейшем увеличении скорости набегающего потока возрастает также число Маха за косым скачком. Если оно превышает 1,5-1,7, то поток воздуха следует дополнительно сжать в еще одном косом скачке, чтобы его скорость перед замыкающим прямым скачком имела приемлемое значение. Воздухозаборник с такой системой скачков называется трехскачковым и может применяться до М ~ 3.

Требуемую систему скачков можно создать путем выдвижения из воздухозаборника вперед элемента с острой вершиной (независимо от использованного принципа компрессии) либо путем использования воздухозаборника с острыми входными кромками и соответствующим образом спрофилированного диффузора (во входных устройствах с внутренней или комбинированной компрессией).

Конструктивные элементы внутри воздухозаборника, используемые для создания косых скачков уплотнения, называются генераторами скачков. На практике нашли применение генераторы в форме конусов, полуконусов, четвертьконусов и клиньев. На их вершинах при сверхзвуковом полете образуется присоединенный скачок с углом наклона, зависящим как от угла при вершине тела, так и от числа Маха. Поскольку в косом скачке изменение параметров потока, как уже упоминалось выше, происходит менее резко, чем в прямом, значительно меньше и потери, а тем самым выше создаваемое статическое давление. Статическое давление заторможенного потока тем больше, чем выше скорость полета и число косых скачков уплотнения, в которых происходит преобразование энергии.

На практике используются двух-, трех- и даже четырехскачковые системы. Второй и последующие косые скачки могут создаваться генератором с ломаной образующей или в результате отражения волн возмущения от внутренних стенок диффузора. Первый способ создания скачков характерен для воздухозаборников с внешней компрессией, а второй-с комбинированной.

Рис. 3.

а -«Сюпер-Мистэр» В.4; 6-F-100; e-F-104; г-F.D.l; d-F-8; е-В-58.

Рис. 4

В воздухозаборниках с внутренней компрессией скачки индуцируются внутри неосесимметричного воздушного канала благодаря соответствующему профилю поперечных сечений диффузора.

Описанные выше способы создания скачков уплотнения различаются между собой местом образования скачков относительно плоскости входа в воздухозаборник. Общей чертой их является многоступенчатость процесса торможения потока, благодаря чему обеспечиваются максимальное использование динамического сжатия, минимальные потери и равномерное распределение скорости.

На первых сверхзвуковых самолетах с воздухозаборниками, оснащенными генераторами косых скачков уплотнения, использованы входные устройства с внешней компрессией. По сравнению с другими они довольно просты в регулировке и имеют малую массу. Генератор размещается относительно входа в воздухозаборник таким образом, чтобы генерируемый им первичный скачок касался входной кромки воздухозаборника в расчетных условиях полета, что позволяет получить максимальный захват воздуха, минимальные потери в процессе сжатия и минимальное внутреннее сопротивление входного устройства.

Однако существенными недостатками входных устройств этого типа по сравнению с другими являются большое (наибольшее) внешнее сопротивление, связанное с изменением направления движения потока, а также наименьший прирост статического давления и большая лобовая площадь из-за того, что внутри воздухозаборника необходимо разместить генератор скачков. Теоретически наиболее рационально использование входных устройств с внутренней компрессией, которые наиболее эффективны и обладают минимальным внешним сопротивлением. Однако такие входные устройства пока не нашли практического применения ввиду сложности конструкции профилированного воздушного канала и необходимости плавного изменения его внутренней геометрии в соответствии с изменяющимися условиями полета и работы двигателя. В настоящее время все шире применяются входные устройства с комбинированной компрессией, которые при относительно простой конструкции отличаются довольно высокой эффективностью.

Представленные примеры геометрии и конструкции воздухозаборников свидетельствуют о возможности индивидуального подхода к задаче проектирования воздухозаборника с учетом изменяющихся условий его работы. Показанные на рис. 1.45 и 1.46 воздухозаборники принципиально различаются по форме и внешнему виду, но они аналогичны по характеру работы при определенной скорости. Разница в деталях обычно связана с принятыми теоретическими предпосылками, результатами экспериментов и вкусами конструкторов.

Например, британский экспериментальный самолет F.D.2, на котором в 1956 г. был установлен мировой рекорд скорости (1822 км/ч), имел весьма специфичный воздухозаборник. Его верхняя входная кромка заострена и выдвинута вперед относительно закругленной нижней. С одной стороны, это приводит к возникновению на верхней кромке присоединенного косого скачка, который проходит на определенном расстоянии перед нижней кромкой, не позволяя возникнуть около нее неприсоединенному прямому скачку. С другой же стороны, выдвижение верхней кромки вперед позволяет увеличить лобовое сечение воздухозаборника в полетах на больших углах атаки, когда скорость полета мала, а требуемый расход воздуха в двигателе велик.

Кроме того, получили распространение устройства дополнительного подвода или отвода воздуха, входящие в систему воздухозаборника. К таким устройствам относят впускные (взлетные) и перепускные створки, которые обычно располагаются либо вблизи регулирующего элемента (конуса, рампы, клина), либо по длине воздушного канала и открываются или закрываются в зависимости от требуемого для двигателя расхода воздуха. На рис. 1.47 показаны положения элементов воздухозаборника самолета F-14 на различных режимах полета.

При взлете и полете с небольшими скоростями передняя и задняя части подвижной рампы воздухозаборника подняты, а взлетно-перепускная створка открыта, благодаря чему обеспечивается поступление к двигателю требуемого количества воздуха, несмотря на малую скорость набегающего потока. С увеличением скорости полета и давления воздуха на входе в компрессор направление воздушного потока, протекающего через взлетную створку, меняется на противоположное, и излишний воздух из воздушного канала перепускается в атмосферу. При полете с околозвуковой скоростью пропускная способность створки оказывается недостаточной, и для ограничения поступления воздуха в компрессор задняя часть рампы отклоняется вниз, вследствие чего уменьшается проходное сечение воздухозаборника, а размеры канала для отвода воздуха увеличиваются. При полете с большими сверхзвуковыми скоростями передняя и задняя части рампы еще больше отклоняются вниз, обеспечивая поступление в двигатель оптимального количества воздуха. Щель между передней и задней частями рампы используется для отвода пограничного слоя.

Из представленного выше обсуждения следует, что сверхзвуковые воздухозаборники с генератором косых скачков должны профилироваться таким образом, чтобы при расчетной скорости полета первичный скачок касался входной кромки. Такое положение скачка обеспечивает наибольшую эффективность работы входного устройства, поскольку при этом расход воздуха максимален, потери в процессе сжатия и входное сопротивление минимальны, а двигатель работает наиболее устойчиво. Очевидно, что такие условия существуют лишь при определенном числе Маха. Это означает, что данному числу Маха соответствует определенное положение генератора скачков относительно входной кромки воздухозаборника, а на других режимах работы характеристики воздухозаборника ухудшаются. Таким образом, в широком диапазоне сверхзвуковых скоростей набегающего потока удовлетворительные характеристики работы двигателя с нерегулируемым воздухозаборником обеспечить не удается.

Этот недостаток является следствием несоответствия постоянной геометрии воздухозаборника, рассчитанной для определенных условий течения, оптимальным параметрам внутреннего и внешнего потоков при нерасчетных условиях. Этот недостаток может быть устранен частично или полностью путем изменения геометрии воздухозаборника (входного, критического и/или выходного сечений) в соответствии с изменяющимися скоростью и высотой полета. Обычно это осуществляется посредством плавного автоматического перемещения регулирующего элемента, что обеспечивает требуемый расход воздуха при малом внешнем сопротивлении в широком диапазоне скоростей полета, соответствие пропускной способности входного устройства производительности компрессора и соответствие системы скачков конфигурации воздухозаборника. Это исключает также возможность возникновения неприсоединенного прямого головного скачка - основной причины неудовлетворительной работы воздухозаборника и воздушного канала в целом.

В заключение следует отметить, что расположение двигателей и воздухозаборников на самолете, как и выбор типа входного устройства, являются предметом комплексных исследований, учитывающих не только требования обеспечения наилучших условий работы двигательной установки, но и характеристики самолета в целом.

С массовым появлением реактивных авиационных двигателей в 40-х годах, важнейшую роль в конструкции самолетов стали играть воздухозаборники.

Их можно сравнить с легкими человека. Так же как кислород в легких служит для жизнеобеспечения всех живых материй в организме человека, так и воздух из воздухозаборников служит для жизнеобеспечения «сердца» самолета - его силовой установки (двигателей).

Воздушно-реактивные двигатели работают на горючем (сегодня это преимущественно сжиженный газ). Для того, чтобы произошло внутреннее возгорание газа, его необходимо окислить (хотя больше сюда подойдет слово «испарить»). Окислителем в данном случае является кислород, количество которого в воздухе составляет 23%. Получается, что пригодным для работы двигателя воздухом является только четверть, но куда девается остальной воздух? Остальные 77% воздуха используются для охлаждения камеры горения, а также сопла, из которого выходят в атмосферу раскаленные продукты горения. Специалисты называют этот воздух вторичным или вентиляционным. Он помогает защитить стенки камеры и турбины от повреждений: трещин, обугливания и, в самом крайнем случае, плавления.

Воздухозаборник, затем специальный компрессор, служащий для сжатия воздуха, а также камера сгорания представляют собой единую систему в любом современном реактивном двигателе. Взаимодействуют они следующим образом: сначала воздух поступает в воздухозаборник, где сжимается и нагревается до температуры от 100 до 200 єС (такая температура обеспечивает достаточное испарение топлива и практически полное его сгорание), далее воздух попадает в компрессор, где проходит еще одну стадию сжатия и нагревания, и наконец, в уже готовом виде оказывается в камере сгорания вместе с газом, где мощная электрическая искра воспламеняет смесь из кислорода и газа. Скорость, с которой воздух поступает в камеру сгорания, составляет 120 - 170 м/сек. Этот поток в 3 - 5 раз сильнее порыва ветра при самом мощном урагане, способном разрушать здания.

В воздушно-реактивных двигателях современных сверхзвуковых самолетов (от 1400 км/ч и более) компрессор утратил свою актуальность, так как при высокой скорости воздухозаборник сам достаточно эффективно нагревает и сжимает воздух.

Cовременные воздухозаборники состоят из трех слоев: двух металлических пластов и, расположенного между ними, стеклотканного сотового заполнителя. Вероятнее всего, выбор авиаконструкторов пал на такую конструкцию по следующим причинам: во-первых, использование сотового заполнителя обеспечивает большую прочность конструкции, хотя на первый взгляд может показаться, что это отнюдь не так; во-вторых, сотовый заполнитель является хорошим звуко-и теплоизолятором. В углублении на первом плане устанавливается вентилятор, который равномерно распределяет поток воздуха.

Воздухозаборники различаются и по размерам, и по форме, и по расположению на корпусе. Точных данных об их размерах нет, но можно сказать, что в среднем воздухозаборники современных самолетов в диаметре достигают, как минимум, 1 метра, но немало и исключений, это касается легких военных самолетов с небольшими габаритами. На больших транспортных и пассажирских самолетах их диаметр составляет более двух метров.

Традиционно на самолетах устанавливаются круглые и квадратные (или прямоугольные) воздухозаборники, однако, встречаются и исключения в виде овалов и дуг.

Если форма воздухозаборников выбирается для каждого самолета отдельно на основе летно-технических характеристик исключительно данного самолета, то при их расположении необходимо отталкиваться от строгих правил проектирования самолетов.

Различают три вида воздухозаборников по их расположению на самолете: лобовые, боковые и подкрыльные (или подфюзеляжные). Правда, фактически сегодня осталось только два вида. Лобовые воздухозаборники стали достоянием истории (F-86 « Sabre», Су-17 или МиГ-21).

Главным преимуществом лобовых воздухозаборников авиаконструкторы считали равномерную скорость потока воздуха, поскольку в отличие от всех остальных видов воздухозаборников они первыми встречаются с потоком воздуха. В остальных случаях первыми с потоком воздуха встречаются или носовая часть фюзеляжа или крылья.

Наиболее распространенным видом воздухозаборников в современной авиации являются боковые. Причина кроется в том, что важнейшей деталью любого современного боевого самолета стало радиолокационное оборудование. Располагается оно в носовой части фюзеляжа, поэтому, когда на самолетах стояли лобовые воздухозаборники для разведывательного оборудования места практически не оставалось.

Последний, менее распространенный вид воздухозаборников, - подкрыльные (подфюзеляжные). Об их расположении говорит само название. Они ничем не хуже боковых и также могут устанавливаться и на двухдвигательных и на четырехдвигательных самолетах, однако, специалисты в области авиастроения отмечают один серьезный недостаток. Подкрыльные воздухозаборники малоэффективны при больших отрицательных углах атаки, то есть, когда самолет находится не в горизонтальном полете, а совершает маневры с резким подъемом или сваливанием.

Стоит также отметить, что воздухозаборники далеко не всегда представляют собой статичное отверстие, в которое постоянно попадает воздух вне зависимости от того, требует этого ситуация или нет. На многих современных самолетах (да практически на всех), таких как истребители Су-33, Су-35, МиГ-29, бомбардировщик-ракетоносец Т-4 и других, установлены регулируемые (автоматически) воздухозаборники, что позволяет контролировать мощность потока воздуха и приспосабливать воздухозаборник к его направлению. На тот случай, если автоматическое управление воздухозаборниками выйдет из строя, предусмотрено ручное управление.

Литература

• 1. Авиационное оборудование / под ред. Ю. П. Доброленского. -- М.: Военное издательство, 1989. -- 248 с. -- ISBN 5-203-00138-3
• 2. Л.Л.Селяков "ТЕРНИСТЫЙ ПУТЬ В НИКУДА. Записки авиаконструктора."
• 3. С.М. Егер, В.Ф.Мишин, Н.К.Лисейцев. Проектирование самолетов. (М.: Машиностроение, 1983)
• 4. С.М. Егера, И.А. Шаталова «Основы авиационной техники».