Akademik

Воздухозаборник

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 с автоматически открывающимися окнами для впуска воздуха, 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. Концентрат пыли удаляется из ВЗ по трубопроводу.
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. Идеальный принцип сжатия (при изоэнтропическом течении) используется редко и только для отдельных участков сверхзвукового диффузора с тем, чтобы не увеличивать длину и массу ВЗ. (В СССР первые работы по теории сверхзвуковых ВЗ выполнены Г. И. Петровым и Ю. Н. Васильевым.) Клиновидное, и конусообразное тела имеют в зоне перехода сверхзвукового течения в дозвуковое отверстия 7 для отсоса пограничного слоя с целью предотвращения срыва потока. Сверхзвуковые диффузоры бывают двух типов: с внешним (до обечайки) сжатием потока и со смешанным сжатием, когда сверхзвуковой поток простирается до горла. ВЗ второго типа могут быть с принудительным «запуском», то есть с кратковременным увеличением площади при восстановлении нарушенного расчётного течения, или автозапускаемые — со сливом из канала избыточного при «запуске» воздуха через отверстия. ВЗ смешанного сжатия при Маха числах полёта М > 2 эффективнее ВЗ внешнего сжатия, но они предпочтительны для летательного аппарат с ограниченной манёвренностью. Число скачков уплотнения в диффузоре выбирается в зависимости от значения M; при внешнем сжатии — до 3—4 косых и замыкающий (близкий к прямому), при смешанном сжатии — более 4 косых и замыкающий.
Сжатие воздуха в ВЗ с увеличением скорости полёта возрастает и, наряду со сжатием воздуха компрессором газотурбинного двигателя, является фактором, определяющий термический коэффициент полезного действия силовой установки летательного аппарата. При M > 3 степень повышения давления в ВЗ высокая (22—28), что позволяет создавать воздушно-реактивный двигатель без компрессора (прямоточный воздушно-реактивный двигатель).
Трение и возможные срывы потока в тракте ВЗ, а также сжатие воздуха в скачках уплотнения приводят к снижению коэффициента восстановления полного давления (η), возрастанию степени турбулентности (ε) и неравномерности (σ) поля полного давления перед воздушно-реактивным двигателем. Снижение η приводит к уменьшению тяги и увеличению удельного расхода топлива двигателя. Увеличение (ε) и (σ) снижает запасы газодинамической устойчивости двигателя (см. Устойчивость гидродинамическая). Характеристики (ε) и (σ) улучшаются, если за диффузором расположен канал. Для обеспечения высокой эффективности на всех режимах полёта ВЗ выполняется с элементами, автоматически регулируемыми в зависимости от значения M, так называемого приведённого расхода воздуха G через газотурбинный двигатель, углов атаки и скольжения летательного аппарата. Регулируется площадь горла: у осесимметричных ВЗ — продольным перемещением центр. тела, у плоских ВЗ — поворотом поверхностей диффузоров (изменением углов υ1, υ2, υ3). На старте и до скоростей, соответствующих числу M = 1 — 1,4, Fr максимальна, при дальнейшем увеличении скорости полёта она уменьшается.
Места расположения ВЗ на летательном аппарате различны. Важно, чтобы в ВЗ не попадали следы аэродинамические с пониженным полным давлением от впереди расположенных элементов летательного аппарат, а значение и направление местной скорости были благоприятны. Типичные места расположения ВЗ на дозвуковых летательных аппаратах — в лобовой части гондол, укреплённых на пилонах под крылом и на хвостовой части фюзеляжа, а на сверхзвук, летательных аппаратах — под крылом или по бокам фюзеляжа на расстоянии h от поверхности летательного аппарата, необходимом для предотвращения попадания пограничного слоя в ВЗ. При компоновке ВЗ на летательном аппарате прорабатываются вопросы снижения вероятности повреждения газотурбинного двигателя попадающими в канал с грунта случайными предметами.