С. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів icon

С. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів




Скачати 120.95 Kb.
НазваС. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів
Дата16.08.2012
Розмір120.95 Kb.
ТипДокументи



ISSN 1813–1166. ³ñíèê ÍÀÓ. 2005. ¹1

УДК 621.694.2:629.3082.3(045)

С.П. Оніщенко
ВИКОРИСТАННЯ ГАЗОВИХ ЕЖЕКТОРІВ
У ВИХІДНИХ ПРИСТРОЯХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ

Аерокосмічний інститут НАУ, e-mail: avsacosm @ nau. edu.com

Розглянуто питання щодо використання газових ежекторів в екранно-вихідних пристроях
літальних апаратів. Проведено аналіз можливих конструктивних схем газових ежекторів.


Вступ

Газові ежектори знаходять широке використання в різних галузях техніки, особливо в авіаційній, газовій, хімічній та вакуумній промисловості.

Найголовнішою перевагою газового ежектора є відсутність деталей, що рухаються.

Технічна та технологічна простота, можливість використання в агресивних і високотемпературних середовищах дають можливість застосовувати газові ежектори в екранно-вихідних пристроях літальних апаратів.
^

Аналіз досліджень


Сучасний етап розвитку авіаційної техніки характеризується не тільки зростанням показників льотно-технічних характеристик, але й прагненнями виконати специфічні вимоги. До цих вимог належить реалізація елементів технології “Стелс”.

Важливе місце в цій технології займає вимога малої теплової (інфрачервоної) помітності, яка дозволяє значно знизити ймовірність улучення літального апарата ракетами з інфрачервоними головками самонаведення.

Ця задача особливо актуальна в сучасних умовах боротьби з тероризмом. Для її вирішення необхідно не тільки зменшувати інфрачервоне випромінювання від роботи силових установок, але й активно використовувати сучасні системи постановки перешкод ракетам з інфрачервоними головками самонаведення.

Основним джерелом інфрачервоного випромінювання силових установок літального апарата є нагріті елементи вихідних пристроїв і відпрацьовані гази. Як правило, температура газів і елементів вихідних пристроїв має один рівень.

Задача зниження теплової помітності літальних апаратів зводиться до зниження температури вихідних газів до заданих значень і зниження прямої помітності площі найбільш нагрітих частин вихідного пристрою.

Простою конструктивною реалізацією теплового екранування двигунів на сучасних літальних апаратах є екранно-вихідні пристрої, використання яких забезпечує значне зниження ефективності застосування переносних зенітно-ракетних комплексів типу “Стріла” чи “Стінгер”. Вони забезпечують улучення літаків і вертольотів на малих і гранично малих висотах.

Теплова головка ракети захоплює й автоматично супроводжує ціль за її максимальним тепловим випромінюванням, здійснюючи наведення ракети в район зрізу сопла реактивного двигуна.

Найбільш ефективними і простими засобами захисту повітряних цілей від ракет, що використовують теплові головки самонаведення, є обманні теплові цілі та екранно-вихідні пристрої.
^

Постановка завдання


У загальному випадку задача охолодження гарячого струменя газу, що витікає з реактивного сопла, може бути вирішена такими шляхами:

– упорскування холодоагенту в струмінь газу у вихідному перерізі;

– підмішування більш холодного атмосферного повітря за допомогою застосування ежекторів;

– використання спеціальних пристроїв та матеріалів з підвищеними теплопоглинальними властивостями.

Спосіб охолодження гарячого струменя газу за рахунок підмішування більш холодного атмосферного повітря за допомогою використання газових ежекторів знайшов на сьогодні широке застосування у вигляді екранно-вихідних пристроїв.

При виборі конструктивних параметрів газового ежектора необхідно мати його узагальнені характеристики.

Це обумовлено тим, що один і той самий
ежектор може працювати на різних режимах і при різних співвідношеннях початкових пара-метрів газу.

Тому найбільший інтерес викликають узагальнені характеристики, які дозволяють охопити всю область можливих режимів роботи ежектора. Для розрахунку сумарних характеристик ежектора в теперішній час використовують рівняння одновимірного руху середовищ між початковим та кінцевим перерізом камери змішування.

При цьому вводять відповідні емпіричні виправлення на тертя та теплообмін на стінках камери змішування, які, у свою чергу, залежать від режимів роботи самого ежектора.

В екранно-вихідних пристроях газотурбінних двигунів літальних апаратів за рахунок ефекту ежекції потік холодного атмосферного повітря змішується з вихлопними газами і охолоджує їх. У результаті температура вихлопних газів може бути зменшена до 200–250º С.

Зниження температури літального апарата на 30% призводить до зниження дальності захоплення оптико-електронними системами на 43%, а зменшення температури на 50% зменшує дальність захоплення на 67% (рис. 1).

D




0,8


0,6


0,4


0,2




0 0,2 0,4 0,6 0,8 T

Рис. 1. Залежність дальності захоплення оптико-електронних систем від температури вихідних газів


Газовий ежектор є основним елементом екранно-вихідного пристрою та виконує задачу охолодження вихідних газів газотурбінної установки.

Незалежно від призначення газового ежектора в ньому завжди є такі конструктивні елементи (рис. 2):

– сопло високонапірного газу, який ежектує;

– сопло низьконапірного газу, який ежектується;

– змішувальна камера 3 та дифузор 4.



Рис. 2. Принципова схема газового ежектора:

^ 1 – сопло високонапірного газу; 2 – сопло низьконапірного газу; 3 – змішувальна камера; 4 – дифузор

При виборі конструктивних параметрів газового ежектора і його розрахунку користуються узагальненими характеристиками. Це обумовлено тим, що один і той самий ежектор може працювати на різних режимах і при різних співвідношеннях початкових параметрів газу.

Методи розрахунку характеристик газових ежекторів були зроблені на основі теоретичних і експериментальних досліджень таких відомих учених, як С.А. Христианович [1], Б.М. Кисельов [2], Г.І. Таганов та І.І. Межиров [3], Г.М. Абрамович [4], Ю.К. Аркадов [5] та ін.

Однак з огляду на те, що в теперішній час практично відсутні теоретичні й експериментальні дані досліджень ежекторів, для забезпечення істотного зменшення температури вихлопних газів турбогвинтових та турбовальних газотурбінних двигунів, необхідно вирішити ряд проблем.

Зниження температури вихлопних газів до зазначених величин не завжди можливе у зв’язку зі збільшенням втрат повного тиску в екранно-вихідних пристроях і, як наслідок, веде до зменшення потужності на валу вільної турбіни.

В існуючих екранно-вихідних пристроях рівень втрат повного тиску становить 8–14%.

Втрати потужності на валу вільної турбіни при цьому дорівнюють 5–7%. Тому при розв’язанні задачі охолодження вихлопних газів необхідність забезпечення мінімально можливих втрат повного тиску стає особливо актуальним.
^

Аналіз режимів роботи газового ежектора

екранно-вихідного пристрою


Вихідні пристрої турбовальних та турбогвинтових двигунів мають перепад тиску в соплі
нижче критичного, який знаходиться в межах значень 1,04–1,06.

Оскільки режим роботи газового ежектора екранно-вихідного пристрою таких типів двигунів визначається перепадом тиску у високонапірному соплі, тому обидва потоки (холодний і гарячий) у вхідному перерізі камери змішування ежектора можуть мати тільки дозвукову швидкість. Це вносить додаткові обмеження при розрахунку газового ежектора.

На рис. 3 показано результати проведених досліджень і їхнє узагальнення. Величина перепаду тисків у соплі газотурбінної установки накладає обмеження на можливість досягнення мінімальної температури суміші газів.

У даному випадку мінімальна температура суміші залежить від рівня втрат повного тиску в газовому ежекторі.

Розрахунки були проведені за умови рівності відношення статичних тисків потоків газів, що змішуються

.

Зменшення температури вихлопних газів
можливе за рахунок збільшення коефіцієнта ежекції n газового ежектора. Взаємозв’язок цих параметрів визначається за формулою

,

де – відношення витрати повітря, що ежектується, до витрати газу; – відношення повних температур повітря, що ежектується, до витрати газу.

Зі збільшенням коефіцієнта ежекції зменшується коефіцієнт збереження повного тиску при змішуванні потоків газу і повітря. Тому повний тиск
суміші на виході з камери змішування завжди нижче повного тиску газу, що ежектується . Повний тиск визначають з виразу



де f1 – площа вихідного високонапірного сопла;
f3 – площа вихідного перетину циліндричної змішувальної камери.

Величина втрат повного тиску на змішування потоків у газовому ежекторі істотно залежить від величини коефіцієнта ежекції n та перепаду тиску в соплі за умови

З рис. 3 видно, що для однієї і тієї самої температури змішування коефіцієнт збереження повного тиску в ежекторі зменшується при збільшенні перепаду тиску в соплі. Це пов’язано зі збільшенням різниці швидкостей змішувальних потоків, що призводить до підвищення ударних втрат при змішуванні.

Т, К

900


800


700


600


500


400


0,94 0,96 0,98 1,0

Рис. 3. Зміна температури суміші газів та коефіцієнта збереження повного тиску газового ежектора при різних значеннях перепаду в соплі:

1 – Пс =1,075; 2 – Пс =1,066; 3 – Пс =1,051; 4 – Пс =1,034; 5 – лінія мінімально можливих значень температури на виході з камери змішування ежектора

Основною причиною збільшення ефективності камер змішування, які звужуються при дозвукових швидкостях, є зменшення різниці швидкостей потоків і зниження ударних втрат при змішуванні, оскільки процес змішування відбувається в потоці, що прискорюється (рис. 4).

q ()

1


зм


0,5


0




1,02 1,06 1,1

Рис. 4. Залежність відносних густин q ()
змішувальних потоків і коефіцієнта збереження повного тиску в ежекторі від перепаду тиску
в соплі при =const:

1зм; 2q (1); 3q (2).


Збільшення вихідної швидкості може приз-вести до зростання втрат у дифузорі [5].

Необхідність виконання умови



при збільшенні потребує збільшення швидкості високонапірного газу і відповідно зменшення площі вихідного перетину сопла.

У загальному випадку величина втрат повного тиску на змішування потоків у газовому ежекторі і його лінійні розміри істотно залежать не тільки від перепаду тиску в соплі, форми камери змішування, коефіцієнта ежекції, а також від його конструктивного компонування.

Основними конструктивними схемами дозвукових газових ежекторів є:

– газові ежектори з камерою змішування змінної площі;

– циліндричні газові ежектори;

– газові ежектори з камерою змішування пелюсткового типу;

– газові ежектори з багатосопловими змішувальними камерами.

Газові ежектори також можуть бути виконані за прямоточною схемою чи за схемою перехресного струму потоків, що змішуються. Вони можуть бути одноконтурними чи багатоконтурними, з дифузором чи без нього, з елементами перфорації чи без них.

Найбільший інтерес викликають схеми газових ежекторів, що виконані за схемою пелюсткового типу (іноді з елементами перфорації). У даному випадку вирішується задача забезпечення мінімальних розмірів (особливо лінійних) і мінімальних втрат повного тиску.

У разі необхідності значного зниження температури вихлопних газів газотурбінної установки при мінімальних втратах, ежектор може бути виконаний за багатоконтурною схемою пелюсткового типу без дифузора і з дифузором на виході з камери змішування.

Потрібну довжину камери змішування можна істотно скоротити, якщо роздрібнити високонапірний потік на кілька струменів за рахунок застосування тієї самої багатоконтурної пелюсткової конструкції. Експериментальні дослідження показали, що оптимальна довжина такої камери змішування становить 1,5–2 діаметра [5].

Застосування перфорованої пелюсткової конструкції дозволяє зменшити довжину камери змішування до 1–1,5 діаметра [6].

Висновки


Газові ежектори є ефективним елементом екранно-вихідних пристроїв літальних апаратів для зменшення теплової помітності.

Втрати повного тиску в газовому ежекторі становлять до 4–5% при мінімальному ступені охолодження гарячого газу.

Досягнення такого рівня втрат можливо за умови використання ефективних конструктивно-компонувальних схем та методів аеродинамічного вдосконалення.
^

Список літератури


1. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория: Справ. / Я.Д. Ширман, Ю.И. Лосев, Н.Н. Минервин и др. Под ред. Я.Д. Ширмана. – М.: ЗАО “Маквис”, 1998. – 828 с.

2. Христианович С.А. О расчете эжектора // Промышленная аэродинамика: Сб. – М.: БНИ ЦАГИ, 1944. – 28 с.

3. Киселев Б.М. Расчет одномерных газовых течений // Изв. АН СССР. Прикл. математика и механика. – Т. ХI, Вып. 1. – 1947.– С. 15–24.

4. Таганов Г.И., Межиров И.И. К теории критического режима газового эжектора // Сб. работ по исследованию сверхзвуковых газовых эжекторов. – М.: БНИ ЦАГИ, 1961. – 33 с.

5. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика: Учеб. руководство для втузов. Ч. 1. – М.: Наука, 1991. – 600 с.

6. Аркадов Ю.К. Новые газовые эжекторы и эжекционные процессы. – М.: Физматлит, 2001. – 334 с.

Стаття надійшла до редакції 31.03.05.

С.П. Онищенко

Применение газовых эжекторов в выходных устройствах летательных аппаратов

Рассмотрены вопросы применения газовых эжекторов в экранно-выходных устройствах летательных аппаратов. Проведен анализ возможных конструктивных схем газовых эжекторов.

S.Р. Onischenko

Application of gas ejectors for output of aircrafts

It is considered application of gas ejectors in output unit of aircrafts. Analysis of gas ejectors designs is carried out.

Схожі:

С. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів iconІнформаційна картка про інноваційну розробку
Назва розробки. Інтерактивна тренажна система підготовки керівників зони посадки літальних апаратів (диспетчерів управління повітряним...
С. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів iconС. О. Іщенко, д-р техн наук 2О. Л. Лемко, канд техн наук спеціалізовані профілі для літальних апаратів схеми «літаюче крило»
Розглянуто результати чисельних досліджень, проведених з метою створення високонесучих профілів з позитивними значеннями коефіцієнта...
С. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів iconВ. В. Астанін, д-р техн наук 2А. В. Хоменко 3О. А. Шевченко
Досліджено ефективність використання полімерних композиційних матеріалів у конструкціях сучасних літальних апаратів як військового,...
С. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів iconВ. П. Зінченко, канд техн наук 2Н. П. Зінченко
Основною метою проектних досліджень (ПД) при створенні літальних апаратів (ЛА) є формування вигляду майбутнього ла, визначення І...
С. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів iconПерелік дисциплін, які виносяться для вступу на освітньо-кваліфікаційний рівень магістра зі спеціальності «Електричні станції»
...
С. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів iconВісник нау. 2005. №1
Дослідження інтенсивного масопереносу на поверхні тіл, що знаходяться у високошвидкісному потоці газу, мають значний інтерес як з...
С. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів iconМетодичні вказівки по виконанню лабораторної роботи по дисципліні "Технічна експлуатація літальних апаратів і двигунів" для студентів 4 курсу механічного факультету спеціальності 05. 22. 20 "Експлуатація і ремонт засобів транспорту"
Аналіз методів планування і деспетчеризації процесів експлуатації повітряних суден
С. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів iconКод модуля: ема 6033 со1 Тип модуля: обов’язковий Семестр: VІ
Електричні машини систем автоматики. Проектування та сапр електричних машин та апаратів. Технологія виробництва І ремонту електричних...
С. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів iconТип модуля: обов’язковий Семестр: ІІ обсяг модуля
Проектування та сапр електричних машин І апаратів. Технологія виробництва електричних машин І апаратів. Випробування та надійність...
С. П. Оніщенко використання газових ежекторів у вихідних пристроях літальних апаратів iconЗадача роботи визначення основних гідродинамічних характеристик потоків в масообмінно-сепараційних пристроях. За результатами роботи одержані діапазону існування гідродинамічного режиму,
У наш час постає проблема щодо підвищення ефективності й продуктивності апаратів колонного типу, а також зменшення матеріальних і...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи