Внешнее сопротивление обечайки гондолы

Внешнее сопротивление обечайки гондолы (в ступенчатой гондоле-обечайки наружного контура) является составляющей сил

Рис.4.16. Характеристики воздухозаборника с К—7,3%; /—0,45 на

больших углах атаки.

внешнего сопротивления летательного аппарата, определяемых при испытаниях аэродинамических моделей с гондолами двигателей в аэродинамических трубах. Однако в ряде случаев исследования внешнего сопротивления обечайки гондолы представляют самостоятельный интерес, например, при оптимизации обводов гондолы, и проводятся на специальных стендах (см, например, рис.

4.13, б) [6].

Как уже отмечалось, экспериментальное определение сил внешнего сопротивления может осуществляться двумя методами: весовым и с использованием теоремы импульсов. В последнем случае величина коэффициента внешнего сопротивления обечайки (отнесенная к площади миделя гондолы) выражается следующим образом:

определяемые по величине полного давления Лзг, измеряемого гребенками приемников полного давления за обечайкой.

При определении аэродинамических сил, в том числе сил внешне­
го сопротивления, весовым методом, то есть при установке исследуемой модели на аэродинамических весах, определяются суммарные силы, действующие на обечайку (на внешней и внутренней поверхности). Затем с помощью приемников полного и статического давления определяется внутреннее сопротивление обечайки (протока).

Ниже приводятся некоторые результаты исследований влияния различных параметров гондолы и режимов полета и работы двигателя на величину коэффициента внешнего сопротивления обечайки, полученные Петровым В. К. Все геометрические параметры обечайки отнесены к диаметру миделя [71.

Рис.4.17. Изменение коэффициента внешнего сопротивления обечайки в зависимости от числа М» полета при различных относительных размерах среза

На рис. 4.17 показано влияние числа М« набегающего потока на величину Сх при различных относительных диаметрах среза обечайки. При достижении определенного числа М~=Мкрит на обечайке образуются зоны сверхзвукового течения, сопровождающегося резким возрастанием волнового сопротивления. Величина М Крит

возрастает с увеличением dob. Увеличение М крит происходит и при увеличении относительного диаметра входа в воздухозаборник {do), что объясняется меньшей интенсивностью разгона потока на поверхности обечайки (рис.4.11 и 4.12).

Как уже упоминалось, значительное влияние на величину коэффи­циента внешнего сопротивления оказывает коэффициент расхода воздуха (рис.4.11 и 4.12). Уменьшение коэффициента расхода воздуха сопровождается увеличением коэффициента внешнего сопротивления, тем большем, чем больше относительный диаметр входа в воздухозаборник. Такой характер изменения Сх при уменьшении / определяется влиянием 2-х факторов: сопротивлением по “жидкой” линии и возникновением подсасывающей силы вследствие появления разрежения на носовой часта обечайки воздухозаборника, тем большего, чем меньше величина ^.При коэффициентах расхода /2^0,75 влияние его на внешнее сопротивление, как правило, невелико.

Следует отметить, что гондола двигателя сверхбольшой степени двухконтурности, имеющая вследствие особенностей таких двигателей (большие скорости потока на входе в вентилятор) большие значения 3о и малую коллекторность, относится к тому типу гондол, для которых характерно резкое возрастание внешнего сопротивления при уменьшении коэффициента расхода. Поэтому при проектировании гондолы такого двигателя (учитывая также значительное влияние потерь полного давления на тягу двигателя) необходимо особенно тщательно комплексное согласование всех геометрических параметров гондолы и воздухозаборника.

Комплекс исследований обечаек гондол ТРДД позволил получить обширный материал по влиянию геометрических параметров на коэффициент внешнего сопротивления, позволяющий в свою очередь проводить оптимизацию обводов с целью обеспечения минимального внешнего сопротивления.

На рис.4.18 приведена зависимость Сх от относительной длины обечайки, построенная для коэффициентов расхода /= 0,8 0,95. На этом же графике нанесена величина турбулентного трения, определенная при М»=0,8 по следующим зависимостям:

МИД

0,455

(l^Re)2,58 (і+^Цр^2“)°

где S — площадь боковой поверхности,

Роо Уоо/г

и

Iг —длина обечайки (гондолы)

Видно, что минимальная величина коэффициента внешнего со­противления практически совпадает с коэффициентом сопротивления турбулентного трения.

Из приведенной на рис. 4.18 зависимости Сх/ 1т от угла сужения обечайки при различных значениях коэффициента расхода следует, что при оценке внешнего сопротивления обечайки с достаточной точностью можно принять, что коэффициент внешнего сопротивления составляет величину 0,01 на 1 калибр длины обечайки.

4.2.4 Хвостовая часть гондолы

Степень совершенства реактивного сопла(или сопел при раздельном истечении реактивных струй наружного и внутреннего контура ТРДД)оказывает большое влияние на характеристики силовой установки. Основным требованием к хвостовой части гондолы с реактивными соплами является обеспечение минимальных потерь эффективной тяги сопел, связанных с потерями тяги двигателя соотношением

Ai? aB„r=^g!!L=-A;ycAi?^(

ct ЛВИГ

где kyc —коэффициент усиления потерь тяги сопла при пересчете на потери тяги двигателя, а

А./?эф. С —

Аі?9ф. с—потери эффективной тяги сопла, ^<-.ид—идеальная тяга сопла(тяга сопла при полном расширении газа).

Потери эффективной тяги сопла А7?эф. с включают потери, связанные с течением в сопле, и силы, возникающие на хвостовой части гондолы, связанные с взаимодействием внешнего набегающего потока с реактивной струей. Потери эффективной тяги сопла(сопел) определяются экспериментально с помощью тензовесов на специальных стендах(см. например, рис.4.40).

Величина

где Vcm—скорость истечения газа из сопла при полном расширении газа в сопле. С увеличением степени двухконтурности т уменьшается скорость истечения из сопла, и величина ^ус увеличивается, достигая при т—15 20 значения £ус=4 5.

Такие большие значения кус ужесточают требования к совершенству реактивных сопл при увеличении степени двухконтурности ТРДД. Для ТРДД, выполненного по схеме со смешением потоков, величина потерь эффективной тяги сопла А7?эф. с

зависит от перепада полного давления в сопле( —

—полное давление газа в сопле, —давление в окружающей

атмосфере), угла сужения хвостовой части и скорости полета. При оптимальной геометрии хвостовой части гондолы величина А/?эф. с для сопла ТРДД со смешением потоков, при степени двухконтурности ш= 4-Н8 может составлять I’M,5%.

В случае ТРДД без смешения потоков контуров, размещенном в ступенчатой гондоле, в потери эффективной тяги Аі? зф. с, кроме

потерь тяги, связанных с течением в соплах, включаются силы, возникающие при обтекании реактивной струей наружного контура обтекателя газогенератора и части пилона, а также силы, связанные с взаимодействием внешнего набегающего потока с реактивной струей наружного контура вентилятора.

На рис.4.19 и 4.20 приведены зависимости потерь эффективной тяги хвостовой части гондолы от относительного диаметра на срезе обечаек наружного и внутреннего контуров и относительной длины газогенератора.(Параметры отнесены к диаметру миделевого сечения гондолы).Изменение отнсительной длины выступающей за срез сопла наружного контура части газогенератора / гг при испытаниях осуществлялось двумя способами: увеличением длины обечайки

наружного контура при сохранении общей длины модели и уменьшением общей длины модели при уменьшении I гг и увеличении угла сужения газогенератора в гг.

Результаты исследований показывают, что увеличение диаметров среза сопел наружного и внутреннего контуров приводит к увеличению потерь эффективной тяги. Это_связано с тем, что при увеличении диаметров срезов сопл d I и d II уменьшается осевая проекция сил давления в зоне среза, возникающих при обтекании внешним потоком хвостовой части гондолы с расширяющейся реактивной струей.

Рис.4.21. Изменение потерь эффективной тяги двухконтурного сопла в зависимости от угла сужения обечайки газогенератора На рис.4.21 представлено значение потерь эффективной тяги в зависимости от угла поднутрения обечайки газогенератора в гг при постоянном диаметре среза обечайки наружного контура и различных относительных длинах сужающейся части обечайки наружного контурра / хв И ПОСТОЯННОЙ длине ХВОСТОВОЙ части І хв + I гг. Из приведенных материалов видно, что при каждом значении I хв—const имеется оптимальный угол 0гг, при котором благодаря наилучшему

сочетанию направлений потоков из наружного и внутреннего контуров обеспечиваются минимальные значения потерь эффективной тяги. Эти минимальные значения потерь эффективной тяги в зависимости от относительного диаметра среза сопла наружного контура приведены на рис.4.22 для диапазона скорости полета М = 0, 5^0, 85. Данные, приведенные на рис.4.19—4.22, получены в исследованиях В. К.Петрова [8].

При оптимизации геометрии хвостовых частей ступенчатых гондол представляется целесообразным рассмотреть широкую вариацию параметров при поиске наилучших решений расчетными методами.

Рис.4.22. Оптимальные значения потерь эффективной тяги при различных величинах относительного диаметра сопла наружного контура

На рис.4.23 приведены в качестве примера результаты расчета поля давлений около хвостовой части ступенчатой гондолы, полученные интегрированием уравнений Эйлера [8].

tL£P, H;Jbc74jS6 Яг03

Р/РИ=Сопзт Рис.4.23. Поле течения около хвостовой части ступенчатой гондолы