Глава 9 - Выходные устройства ГТД

Рисунок 9.5_3 – Смеситель с блокированием «видимости» лопаток турбины 1 – криволинейные патрубки;

2 – каналы наружного контура

9.6 - Реверсивные устройства

Реверсивные устройства (РУ) – это ВУ, создающие обратную тягу за счет поворота потока рабочего тела в направлении «по полету»(Здесь рассматривается реверсирование тяги только в ВУ)

èслужащие, в основном, «аэродинамическими тормозами», используемыми на обледенелой

èмокрой взлетно-посадочной полосе (ВПП), а также для сокращения пробега при посадке и прерванном взлете, для быстрого снижения в случае разгерметизации кабины, для повышения маневренности военных самолетов. РУ могут быть отнесены к ВУ с УВТ, но если последние управляют вектором тяги в некотором диапазоне, то РУ – только в двух положениях: «Прямая тяга» и «Обратная тяга».

Кроме того, РУ – достаточно самостоятельный, широко применяемый класс ВУ, что приводит к целесообразности рассматривать их отдельно.

Существует большое количество конструкций РУ, но функционально можно выделить два типа:

-реверсивные устройства, в которых разворот

èнаправление потока выполняется до его разгона в сопле. Их можно классифицировать как РУ давления. В таких РУ перекрытие входа в сопло осу-

ществляется створками, на которых происходит разворот потока, дальнейшее его отклонение в необходимом направлении выполняется или решетками (см. Рис. 9_1), или дополнительными створками (см. Рис. 9.6.2_1);

-реверсивные устройства, в которых разворот

èнаправление потока выполняется после разгона его в сопле. Их можно классифицировать как РУ скорости. В таких РУ перекрытие осевого выхода, разворот и направление потока осуществляется за соплом створками – ковшами (см. Рис. 9.6.1_1).

В РУ давления (РУ решетчатого или створча- того типа) производится реверсирование или общего потока (после смешения потоков обоих контуров), или (при степенях двухконтурности больше 5) только потока наружного контура. В последнем случае на двигателях с раздельным истечением потоков контуров может реверсироваться и внутренний контур или на него устанавливается нейтрализатор прямой тяги (спойлер). На двигателях со смешением потоков контуров из-за перерасширения в общем сопле потока внутреннего контура на режиме реверсирования прямая тяга внутреннего контура значительно уменьшается, поэтому специальных мер по ее нейтрализации не принимают.

Схемы РУ решетчатого и ковшового типов представлены на Рис. 9.6_1.

При выборе РУ для конкретного двигателя необходимо учитывать предъявляемые к нему аэродинамические и конструктивные требования:

-характеристики РУ (величина обратной тяги, прямой тяги, коэффициент реверсирования, коэффициент расхода);

-потери тяги на крейсерском режиме, вклю- чая изменение внешнего сопротивления гондолы;

-область эксплуатационных режимов самого РУ, включая выбор момента его включения и времени и степени дросселирования двигателя на режиме обратной тяги при пробеге самолета по ВПП с целью предотвращения попадания струи на вход двигателя, засасывания вихрей и посторонних предметов;

-влияние реверсивной струи на аэродинами- ческие свойства самолета: его устойчивость и управляемость, значение силы сопротивления при движении самолета на земле, отказ и непроизвольное включение реверсивного устройства;

-силовые и температурные нагрузки на двигатель и на самолет, нестационарные нагрузки на различные элементы самолета;

-место подвески двигателя на самолете: при близком расположении от фюзеляжа или ВПП появляется необходимость укорачивания створок (РУ ковшового типа), что может оказать существенное

570

ГТД устройства Выходные - 9 Глава

Рисунок 9.6_1 – Схемы реверсивных устройств а) РУ решетчатого типа (реверсирование потоков обоих контуров); б) РУ ковшового типа; в) РУ решетчатого типа (реверсиро-

вание потока наружного контура)

571

Глава 9 - Выходные устройства ГТД

влияние на коэффициент реверсирования; - масса РУ: створки РУ ковшового типа, при

расположении их за срезом сопла, могут оказаться достаточно громоздкими и, следовательно, тяжелыми, кроме этого, для управления такими створками необходим механизм повышенной прочности, что также увеличивает массу.

Эффективность реверсивного устройства определяется коэффициентом реверсирования: тяги наружного контура, если РУ располагается в наружном контуре или тяги двигателя, если РУ располагается за срезом выходного устройства. Коэффициент реверсирования является отношением обратной тяги к прямой:

(9.6-1)

ãäå RÎÁÐ - обратная тяга, создаваемая РУ;

RÈÄ - прямая тяга, определенная на реверсивном режиме работы двигателя.

Обратная тяга, создаваемая реверсивным устройством, определяется:

(9.6-2)

ãäå GÊ, Ò*Ê - расход и поная температура воздуха

Góò	или газа в канале, где расположено РУ;
	- утечки воздуха или газа из канала,
λÐÓ	не создающие вектора обратной тяги;
	- приведенная скорость потока на
	выходе из реверсивного устройства;

a- угол выхода реверсивной струи по отношению к оси двигателя;

ãäå R – газовая постоянная;

g = 9,81 ì/ñ2 – ускорение свободного падения; k – показатель адиабаты (при k = 1,4 a = 18,3 - для воздуха; при k = 1,33 a = 18,1 - для газа). Величина утечек Góò из канала, в котором расположено РУ, и скорость потока λðó на выходе определяются экспериментально, по результатам ис-

пытаний моделей РУ или натурных двигателей. Прямая тяга Rèä определяется по тем же пара-

метрам, что и обратная тяга при условии полного расширения газа в канале:

(9.6-3),

ãäå λÊ - приведенная скорость потока на выходе из канала, определяется по газодинамической функции π(λê) = ÐÍ/Ð*Ê;

Ð * - полное давление воздуха или газа в кана-
ê
ле, где расположено РУ.
Коэффициент реверсирования РУ ковшового
типа может достигать значения	è íåì-

ного более, коэффициент реверсирования РУ решетчатого типа может достигать значения , при этом коэффициент реверсирования двигателя (без нейтрализации тяги внутреннего контура) достигает величины 0,24…0,28. Реверсивное устройство ковшового типа эффективнее применять в случае, когда не требуется большая величина обратной тяги (соответственно не требуется большой коэффициент реверсирования), РУ решетчатого типа – когда требуемая величина обратной тяги значительна.

Эффективность использования реверсивного устройства зависит от величины создаваемой им обратной тяги. Как видно из формулы (9.6-2) величина обратной тяги прямо пропорциональна углу выхода реверсивной струи относительно оси двигателя: чем меньше угол выхода струи из РУ, тем больше величина обратной тяги. Однако, при этом следует учитывать:

-потоки газа, направленные в сторону фюзеляжа самолета, будут нагревать и деформировать его поверхность;

-потоки газа, направленные к поверхности ВПП, будут «подметать» ее, перемещая мелкие твердые предметы вперед к воздухозаборнику;

-потоки газа, выходящие под малым углом

êповерхности мотогондолы, могут «прилипнуть»

êней и попасть на вход воздухозаборника, нарушая устойчивую работу двигателя;

-при установке пары двигателей на небольшом расстоянии друг от друга при включении РУ реверсивные струи могут попасть на вход соседнего двигателя.

Минимальная величина (практически 50 градусов) угла выхода реверсивной струи ограничи- вается эффектом прилипания реверсируемого потока к мотогондоле. В качестве мероприятия по предотвращению прилипания реверсивной струи

êмотогондоле может быть использована установка вертикальной стенки или специально подобранного обтекателя вдоль передней границы реверсивной струи.

Попадание на вход в двигатель реверсивной струи и посторонних предметов с ВПП в большой степени зависит также от соотношения скорости движения самолета (скорости сносящего реверсивную струю набегающего потока) и скорости ревер-

572

Глава 9 - Выходные устройства ГТД

Рисунок 9.6_2 – Разводка реверсивных струй на РУ двигателя ПС-90А с помощью дополнительного разворота лопаток решетки в поперечной плоскости

сивной струи (зависящей от режима работы двигателя), а также направления реверсивных струй относительно вертикальной плоскости двигателя. Опыт эксплуатации РУ показал, что максимальная обратная тяга может быть использована до скоростей пробега не менее 100 км/ч. На меньших скоростях мощность набегающего потока становится недостаточной для сноса реверсивной струи и реверсивная струя достигает входа в двигатель.

Уменьшение массы воздуха, имеющего возможность после отражения от ВПП попасть на вход в двигатель, достигается разводкой струй в радиальном направлении, что выполняется с помощью установки оси симметрии РУ под некоторым углом относительно вертикальной оси двигателя или (в РУ решетчатого типа) дополнительного разво-

рота лопаток в поперечной плоскости двигателя (см. Рис. 9.6_2). При осесимметричном выходе потока из РУ не образуется неуравновешенных дополнительных нагрузок на двигатель при включе- нии РУ. При несимметричной разводке появляются вертикальная, боковая или обе нагрузки на двигатель.

Разводку струй на РУ ковшового типа можно осуществить за счет увеличения количества отклоняющих створок (больше двух) и их расположения.

Необходимо учитывать, что все мероприятия по предотвращению попадания на вход в двигатель реверсивных струй и посторонних предметов, кроме ограничения по скорости, приводят к уменьшению величины обратной тяги.

573