Модель двухконтурного реактивного двигателя
Владельцы патента RU 2334206:
Закрытое акционерное общество "Гражданские самолеты Сухого" (RU)
Изобретение относится к области аэродинамических испытаний, а именно к установкам для исследования попадания посторонних частиц в воздухозаборник летательного аппарата. Модель двухконтурного реактивного двигателя состоит из цилиндрического корпуса и расположенной внутри него цилиндрической обечайки, имитирующей разделение входного потока на внешний и внутренний контуры. Носовая часть корпуса выполнена с обводами, идентичными обводам мотогондолы и воздухозаборника. На переднем торце обечайки установлен кок двигателя. Хвостовые торцы корпуса и обечайки перекрыты установленными с зазором друг относительно друга наклонными сепарационными сетками. Модель двигателя снабжена двумя накопительными устройствами, помещенными одно в другом. Верхний торец внешнего накопительного устройства соединен с корпусом, а верхний торец внутреннего накопительного устройства соединен с обечайкой, при этом их нижние торцы перекрыты съемными крышками. В носовой части корпуса размещено окно, выполненное с возможностью проведения через него видео-, или кино-, или фотосъемки, при этом кок и обечайка покрашены матовой краской. Изобретение позволяет производить оценку общей массы посторонних предметов, попавших в воздушно-реактивный двигатель, при движении по взлетно-посадочной полосе, а также фиксировать места соударения частиц песка с внутренней поверхностью модели. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к области аэродинамических испытаний, а именно к установкам для исследования попадания посторонних частиц в воздухозаборник летательного аппарата.
Известны различные устройства для аэродинамических испытаний двухконтурных воздушно-реактивных двигателей, являющиеся аналогами заявляемого изобретения.
Известна модель смесительного устройства двухконтурного газотурбинного двигателя (авторское свидетельство SU 793094 A1, G01M 15/00, опубл. 10.11.2005). Модель содержит гофрированный корпус, гофры которого образуют каналы, сообщающие в поочередном порядке наружный контур с внутренним и внутренний контур с наружным. Гофры со стороны наружного контура имеют в зоне вершины разъем и их одноименные стороны попарно соединены с возможностью относительного перемещения при помощи приводного механизма. Это устройство модели не обеспечивает возможность исследования попадания посторонних частиц в воздухозаборник двухконтурного реактивного двигателя.
Известна модель смесителя потоков (авторское свидетельство SU 862680, G01M 15/00, 10.11.2005). Модель смесителя потоков, преимущественно двухконтурных турбореактивных двигателей, содержит корпус, выполненный в виде тела вращения и имеющий смесительные окна. В корпусе, в зоне расположения окон, укреплены с возможностью поворота пластины, выполненные с профильными отверстиями, форма которых соответствует форме окон.
Известна аэродинамическая модель летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем (патент RU 2287140 С2, G01M 9/08, 10.11.2006). Модель содержит державку, обтекатель державки, расходомерное сопло, расположенное в выходном участке проточного канала. Расходомерное сопло содержит дроссель, выполненный в форме цилиндра с присоединенной к нему половиной эллипсоида вращения и закрепленный на узле механизма изменения углов атаки и скольжения, не связанном с аэродинамическими весами. На обтекателе державки, на которой модель установлена на аэродинамических весах, на дросселе закреплены насадки полного и статического давлений с приемными отверстиями в вертикальной плоскости. Перед дросселем закреплен приемник температуры торможения и приемники статического давления на выходе из расходомерного сопла. Насадки полного и статического давлений и приемники статического давления соединены с соответствующими измерительными приборами дренажными трубками. Данная модель направлена на повышение точности измерения внешнего сопротивления аэродинамической модели летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем при гиперзвуковых скоростях. Известны также и другие способы и устройства для аэродинамических испытаний двигателей (US 3835703, JP 62005145, JP 2002022597, JP 8054334, DE 19902573, US 6276217).
Известные аналоги предназначены для визуализации турбулентных и/или ламинарных потоков в газообразной среде либо для исследования течений в двухконтурных реактивных двигателях. Они не предназначены для исследования попадания частиц песка или других посторонних предметов во внутренний объем двигателя при взаимодействии набегающего потока с моделью мотогондолы и воздухозаборника двигателя, расположенной над поверхностью взлетно-посадочной полосы, и изучения распределения попадания посторонних предметов во внешний и внутренний контуры реактивного двигателя. Вместе с тем такие исследования и такие оценки необходимы для получения рекомендаций при проектировании воздухозаборных устройств.
Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является разработка устройства модели двухконтурного реактивного двигателя для аэродинамических испытаний по исследованию попадания посторонних предметов при движении самолета по взлетно-посадочной полосе, позволяющего проводить оценку как общей массы посторонних предметов, попавших в двигатель, так и оценку массы посторонних предметов, попавших во внутренний и наружный контуры воздушно-реактивного двигателя.
Поставленная задача решается за счет того, что модель двухконтурного реактивного двигателя состоит из цилиндрического корпуса и расположенной внутри него цилиндрической обечайки, имитирующей разделение входного потока на внешний и внутренний контуры. При этом носовая часть корпуса выполнена с обводами, идентичными обводам мотогондолы и воздухозаборника. На переднем торце обечайки установлен кок двигателя. Хвостовые торцы корпуса и обечайки перекрыты установленными с зазором друг относительно друга наклонными сепарационными сетками. Модель двигателя снабжена двумя накопительными устройствами, помещенными одно в другое, причем верхний торец внешнего накопительного устройства соединен с корпусом, а верхний торец внутреннего накопительного устройства соединен с обечайкой, при этом их нижние торцы перекрыты съемными крышками.
Накопительные устройства могут быть выполнены в виде цилиндров, причем на внутреннем накопительном устройстве с наветренной стороны может быть размещен рассекатель потока.
Кроме того, в носовой части корпуса может быть размещено окно, выполненное с возможностью проведения через него видео-, или кино-, или фотосъемки, при этом кок и обечайка покрашены краской, причем кок и обечайка могут быть покрашены разной краской.
На входе в каждый контур модели двигателя могут быть размещены приемники давления.
Техническим результатом от использования изобретения является обеспечение получения в ходе аэродинамических испытаний оценки как общей массы посторонних предметов, попавших в воздушно-реактивный двигатель, при движении по взлетно-посадочной полосе, так и массы частиц, попавших во внутренний и наружный контуры двигателя. Кроме того, техническое решение позволяет изучить траекторию движения частиц в зоне их отражения от конической поверхности кока, а также фиксацию места соударения частиц песка с внутренней поверхностью модели.
Изобретение поясняется чертежами:
фиг.1 - схема модели двухконтурного реактивного двигателя;
фиг.2 - разрез А-А;
фиг.3 - разрез Б-Б;
фиг.4 - разрез В-В;
фиг.5 - разрез Г-Г;
фиг.6 - разрез Д-Д;
фиг.7, 8 - схема расположения окна на корпусе модели.
Заявленное техническое решение модели двухконтурного реактивного двигателя устроено следующим образом.
Модель двухконтурного реактивного двигателя содержит цилиндрический корпус 1, имитирующий мотогондолу с воздухозаборником. Как вся модель, так и носовая часть корпуса, имитирующая мотогондолу с воздухозаборником, могут быть выполнены в масштабе 1:6.
Кроме того, модель двигателя содержит кок двигателя 2; прозрачное окно 14; цилиндрическую обечайку 10, имитирующую разделение внешнего 7 и внутреннего 8 контуров двигателя; сепарационную сетку 4 на выходе внешнего контура двигателя, задерживающую попавший во внешний контур песок; накопительное устройство (пескосборник) 6 внешнего контура, в который направляется песок с сепарационной сетки 4; сепарационную сетку 3 на выходе внутреннего контура двигателя, задерживающую попавший во внутренний контур песок; накопительное устройство (пескосборник) 5 внутреннего контура, в который направляется песок с сепарационной сетки 3; съемные крышки внутреннего накопительного устройства 11 и внешнего накопительного устройства 12. Внутренние полости накопительных устройств могут быть соединены с нижними торцами сепарационных сеток наклонными соединительными каналами, как показано на фиг.1. На корпусе модели расположены крепежные элементы 13. На входе в каждый контур модели двигателя размещены приемники давления (на чертеже не показаны). В носовой части корпуса (как показано на фиг.7, 8) может быть размещено окно, выполненное с возможностью проведения через него видео-, или кино-, или фотосъемки. Кок и обечайка модели покрашены краской, причем кок и обечайка могут быть покрашены разной краской. Накопительные устройства 5, 6 могут быть выполнены в виде цилиндров. На внутреннем накопительном устройстве расположен рассекатель потока 9.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Модель крепится на посадочное место стенда и сообщается с его эжекторной системой, обеспечивающей просос воздуха через воздухозаборнк. В ходе испытаний изменяется расход воздуха, протекающего через воздухозаборник, в соответствии с моделируемым режимом. С помощью специальной вентиляторной установки стенда имитируется внешний поток (ветер) различной скорости, направленности и различной степени неравномерности. Песок насыпают непосредственно на экран под входом в воздухозаборник. В качестве твердых частиц используется промытый речной песок, просеянный на калибрующих ситах. Испытания проводятся при угле обдува модели внешним потоком воздуха, создаваемым вентиляторной установкой, от 0° до 90° при различных расходах воздуха через воздухозаборник модели и различных скоростях внешнего потока.
При прососе воздуха через воздухозаборник и имитации внешнего потока ветра песок попадает в воздухозаборник. Кок и цилиндрическая обечайка делят поток на поток внешнего и внутреннего контуров.
Рассекатель потока, установленный с наветренной стороны на внутреннем накопительном устройстве, снижает аэродинамическое сопротивление внешнего контура модели.
Частицы песка, попавшие во внешний и внутренний контуры, задерживаются сепарационными сетками на выходе из контуров и затем попадают в соответствующие накопительные устройства. После окончания испытаний производится съем крышки внешнего накопительного устройства и взвешивается песок, попавший во внешний контур двигателя. Затем снимается крышка внутреннего накопительного устройства и определяется масса песка. Таким образом, может быть оценена масса песка, попавшего во внутренний и внешний контуры, и общая масса песка, попавшего в воздухозаборник.
Сравнение суммарной массы песка, попавшего в накопительные устройства, с массой песка, оставшегося на экране, позволяет определить соотношение количества песка, поднятого с поверхности экрана, и количества песка, оказавшегося в воздухозаборнике.
При размещении приемников давления в носовой части контуров может быть оценено как статическое, так и динамическое давление на входе во внешний и внутренний контуры.
Наличие прозрачного окна на боковой поверхности модели при окрашивании песка, например, флуоресцирующей краской позволяет визуализировать движение частиц песка внутри воздухозаборника.
Динамическая визуализация процесса движения песка в модели воздухозаборника может быть зафиксирована киносъемкой или цифровыми видеозаписывающими системами. При использовании цифровых видеозаписывающих систем регистрация изображения осуществляется на персональном компьютере, к которому подсоединяется цифровая видеокамера.
В целях получения изображения необходимо обеспечить минимальные отражающие свойства стенок канала и других элементов конструкции модели воздухозаборника. Это достигается применением матовой черной краски для покрытия внутренних поверхностей модели (фона). Зеленое свечение частиц на темном фоне (при использовании ультрафиолетового источника света) позволяет получить хороший экспериментальный материал для дальнейшей обработки.
В качестве источника света применяется ультрафиолетовый источник или импульсный лазер с цилиндрической фокусирующей системой, что обеспечивает получение высокой яркости свечения частиц в узкой (по ширине) зоне наблюдения с минимальным контактом лазерного света с боковыми стенками канала. Возможно также использование лазерных источников непрерывного излучения.
Полученные результаты позволяют получить качественную и количественную характеристику взаимодействия воздухозаборника и твердых частиц, находящихся на поверхности ВПП. Полученные данные могут использоваться при проектировании воздухозаборных устройств.
1. Модель двухконтурного реактивного двигателя, состоящая из цилиндрического корпуса и расположенной внутри него цилиндрической обечайки, имитирующей разделение входного потока на внешний и внутренний контуры, при этом носовая часть корпуса выполнена с обводами, идентичными обводам мотогондолы и воздухозаборника, а на переднем торце обечайки установлен кок двигателя, причем хвостовые торцы корпуса и обечайки перекрыты установленными с зазором относительно друг друга наклонными сепарационными сетками, кроме того, модель двигателя снабжена двумя накопительными устройствами, помещенными одно в другом, причем верхний торец внешнего накопительного устройства соединен с корпусом, а верхний торец внутреннего накопительного устройства соединен с обечайкой, при этом их нижние торцы перекрыты съемными крышками.
2. Модель двухконтурного реактивного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что на входе в каждый контур модели двигателя размещены приемники давления.
3. Модель двухконтурного реактивного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что в носовой части корпуса размещено окно, выполненное с возможностью проведения через него видео-, или кино-, или фотосъемки, при этом кок и обечайка покрашены матовой краской.
4. Модель двухконтурного реактивного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что накопительные устройства выполнены в виде цилиндров, причем на внутреннем накопительном устройстве с наветренной стороны размещен рассекатель потока.
5. Модель двухконтурного реактивного двигателя по п.3, отличающаяся тем, что кок и обечайка покрашены разной краской.
