RU2670664C9 - Asymmetrical air-scoop for three flow engine of faster-than-sound aircraft - Google Patents
Asymmetrical air-scoop for three flow engine of faster-than-sound aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2670664C9 RU2670664C9 RU2018102311A RU2018102311A RU2670664C9 RU 2670664 C9 RU2670664 C9 RU 2670664C9 RU 2018102311 A RU2018102311 A RU 2018102311A RU 2018102311 A RU2018102311 A RU 2018102311A RU 2670664 C9 RU2670664 C9 RU 2670664C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air intake
- air
- scoop
- circuit
- flow
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
- B64D33/02—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/04—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
- F02C7/042—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having variable geometry
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/40—Weight reduction
Abstract
Description
Изобретение относится к авиационной технике, а именно, к конструкциям входных устройств высокоскоростных летательных аппаратов.The invention relates to aircraft, in particular, to the designs of input devices of high-speed aircraft.
Проблема создания эффективной силовой установки для летательного аппарата неразрывно связана с необходимостью обеспечения эффективного торможения потока в воздухозаборнике в широком диапазоне скоростей, в том числе при сверхзвуковых скоростях. Для этого необходимо обеспечить минимальные потери полного давления по тракту воздухозаборника и дозвукового диффузора и максимальную равномерность потока перед двигателем во всем диапазоне скоростей. Необходимо уменьшить сопротивление воздухозаборника и дозвукового диффузора при их интеграции с корпусом летательного аппарата.The problem of creating an effective power plant for an aircraft is inextricably linked with the need to ensure effective braking of the flow in the air intake in a wide speed range, including at supersonic speeds. To do this, it is necessary to ensure the minimum loss of total pressure along the path of the air intake and subsonic diffuser and the maximum uniformity of flow in front of the engine over the entire speed range. It is necessary to reduce the resistance of the air intake and subsonic diffuser during their integration with the aircraft body.
В последнее время ведутся поиски схемных и конструктивных решений для сверхзвуковых пассажирских самолетов, удовлетворяющих требованиям малого звукового удара при полете с числом Маха больше 1 и малого уровня шума на взлетно-посадочных режимах при условии экономичности эксплуатации.Recently, searches have been made for circuit and design solutions for supersonic passenger airplanes that satisfy the requirements of low sound impact when flying with a Mach number of more than 1 and a low noise level during take-off and landing conditions, provided that operation is economical.
Известен дозвуковой воздухозаборник (CN 102923309, 2013), утопленный в фюзеляж. Такое расположение обеспечивает минимальное лобовое сопротивление. В воздухозаборнике имеется обводной канал, который осуществляет перепуск пограничного слоя с фюзеляжа за двигательную установку. Обводной канал расположен под воздухозаборником по всей его длине, что негативно сказывается на величине коэффициента полного давления. Кроме того, воздух, прокачиваемый через обводной канал, не участвует в цикле двигательной установки, а это значит, что энергия затрачивается на торможение потока, на прокачку и на сброс воздуха без энергетического вклада в работу силовой установки.Known subsonic air intake (CN 102923309, 2013), recessed into the fuselage. This arrangement provides minimal drag. In the air intake there is a bypass channel, which carries out the bypass of the boundary layer from the fuselage for the propulsion system. The bypass channel is located under the air intake along its entire length, which negatively affects the value of the total pressure coefficient. In addition, the air pumped through the bypass channel does not participate in the cycle of the propulsion system, which means that the energy is spent on braking the flow, pumping and discharging air without an energy contribution to the operation of the power plant.
Известен воздухозаборник (US 5749542, 1998) с улучшенными характеристиками на сверхзвуковых скоростях полета. Перед входом в воздухозаборник располагается пространственный округлый выступ с изоэнтропическими поверхностями. С помощью такого решения возможно достичь улучшения характеристик воздухозаборника за счет отклонения низкоэнтальпийного пограничного слоя с фюзеляжа в стороны от входа. В выходном сечении воздухозаборника неизбежно должна появиться неравномерность распределения характеристик. Эффективная работа такого устройства наблюдается на расчетных режимах полета по скорости, расчетным углам натекания потока. Пограничный слой нарастает на стенках воздухозаборника, что также приведет к росту уровня неравномерности.Known air intake (US 5749542, 1998) with improved performance at supersonic flight speeds. Before entering the air intake is a spatial rounded protrusion with isentropic surfaces. With this solution, it is possible to improve the performance of the air intake by deflecting the low enthalpy boundary layer from the fuselage to the sides of the entrance. In the outlet cross section of the air intake, uneven distribution of characteristics should inevitably appear. The effective operation of such a device is observed in the design flight regimes in terms of speed and design angles of flow inflow. The boundary layer grows on the walls of the air intake, which will also lead to an increase in the level of unevenness.
Исследования по использованию силовой установки сверхзвукового делового самолета (СДС) интегрального типа с применением двигателей изменяемого цикла (ДИЦ) различных схем, включая схему двигателя с адаптивным вентилятором и каналом третьего контура, показывают целесообразность применения последней. В частности, можно рассмотреть схему с двухконтурным воздухозаборником и трехконтурным двигателем и адаптивным вентилятором.Studies on the use of the power plant of a supersonic business aircraft (SDS) of an integral type using variable-cycle engines (DITs) of various schemes, including a motor scheme with an adaptive fan and a third circuit channel, show the expediency of using the latter. In particular, you can consider a circuit with a double-circuit air intake and a three-circuit engine and an adaptive fan.
Наличие нескольких контуров на входе в двигатель позволяет существенно изменять приведенный расход на входе в двигатель в зависимости от режима работы. Конкретное использование этой особенности двигателя зависит от общей концепции силовой установки (выбора расчетного режима для определения размеров воздухозаборника и пр.). Так, размер воздухозаборника может быть выбран на крейсерском режиме с использованием только внутреннего контура, а большее потребное значение приведенного расхода воздуха на взлетном режиме обеспечивается за счет открытия дополнительных створок забора воздуха из наружного контура.The presence of several circuits at the engine inlet allows you to significantly change the reduced flow rate at the engine inlet, depending on the operating mode. The specific use of this feature of the engine depends on the general concept of the power plant (selection of the design mode for determining the size of the air intake, etc.). So, the size of the air intake can be selected in cruise mode using only the internal circuit, and the larger required value of the reduced air flow during take-off mode is ensured by opening additional air intake flaps from the external circuit.
Большой расход воздуха через двигатель обеспечивает малое внешнее сопротивление воздухозаборника, размеры которого выбраны по суммарной величине расходов двигателя, в тоже время основной контур работает на крейсерском режиме как двухконтурный двигатель с малой степенью двухконтурности.A large air flow through the engine provides a small external resistance of the air intake, the dimensions of which are selected according to the total value of the engine flow, while the main circuit operates in cruising mode as a dual-circuit engine with a small bypass ratio.
Двухконтурные воздухозаборники находят применение в двигателях с дополнительным третьим контуром с изменением цикла работы. Схема силовой установки (СУ) с третьим контуром представляет собой двухконтурный двигатель с регулируемой второй ступенью вентилятора и третьим контуром. За первой ступенью вентилятора имеется регулируемая система перепуска воздуха в основной либо третий контуры в зависимости от режима работы.Double-circuit air intakes are used in engines with an additional third circuit with a change in the cycle of operation. The power plant (CS) scheme with a third circuit is a dual-circuit engine with an adjustable second fan stage and a third circuit. Behind the first stage of the fan there is an adjustable air bypass system in the main or third circuit, depending on the operating mode.
Канал третьего контура может использоваться как канал перепуска низкоэнергетического воздуха или пограничного слоя без подвода к нему энергии (сверхзвуковой крейсерский и трансзвуковой режимы), либо как третий контур двухконтурного двигателя с подводом энергии (взлетный режим).The channel of the third circuit can be used as a channel for transferring low-energy air or a boundary layer without supplying energy to it (supersonic cruising and transonic modes), or as a third circuit of a dual-circuit engine with energy supply (take-off mode).
На сверхзвуковом крейсерском режиме за счет управления значением степени сжатия второй ступени вентилятора двигатель может быть переведен на режим с более низкой степенью двухконтурности и большей удельной тягой. Меньший потребный расход воздуха на входе в двигатель может быть получен от ядра потока воздухозаборника с целью снижения неравномерности и повышения коэффициента восстановления давления на входе в двигатель. Низкоэнергетический воздух из воздухозаборника поступает в третий контур.In supersonic cruising mode, by controlling the compression ratio of the second fan stage, the engine can be switched to a mode with a lower bypass ratio and a higher specific thrust. A lower required air flow rate at the engine inlet can be obtained from the core of the air intake stream in order to reduce unevenness and increase the pressure recovery coefficient at the engine inlet. Low-energy air from the air intake enters the third circuit.
На трансзвуковом режиме перевод второй ступени вентилятора в положение «включено» обеспечивает низкую степень двухконтурности и высокое значение тяги.In transonic mode, moving the second stage of the fan to the “on” position provides a low bypass ratio and a high thrust value.
На взлетном малошумном режиме двигатель обеспечивает низкие значения скорости струи. Струя третьего контура формирует акустический экран для понижения уровня шума струи из сопла двухконтурной части двигателя.In the take-off low-noise mode, the engine provides low values of the jet velocity. The third circuit jet forms an acoustic screen to reduce the noise level of the jet from the nozzle of the bypass part of the engine.
В двухконтурном воздухозаборнике основной контур на крейсерском режиме работает в условиях меньших потерь полного давления и существенно меньшей неравномерности потока на входе. Двигатель также имеет более высокие значения КПД вентилятора основного контура. Третий контур двигателя используется как канал перепуска воздуха с пониженным давлением. На взлетном малошумном режиме неравномерность поля на входе в двигатель невысокая, работают оба контура двигателя, обеспечивая заданную тягу двигателя при низкой скорости струи. Указанные выше особенности открывают новые перспективы применения схемы двигателя с двухконтурным воздухозаборником и ДИЦ.In a double-circuit air intake, the main circuit in cruising mode operates under conditions of lower losses of full pressure and significantly less uneven flow at the inlet. The engine also has higher fan efficiency values for the main circuit. The third motor circuit is used as a reduced pressure air bypass channel. In the take-off low-noise mode, the field unevenness at the engine inlet is low, both engine circuits operate, providing a given engine thrust at a low jet speed. The above features open up new prospects for the application of the engine circuit with a dual-circuit air intake and DIC.
Наиболее продвинутая в разработке концепция СДС Gulfstream предлагает схему двухконтурного воздухозаборника (Conners, Т. R., and Howe, D. С., "Supersonic Inlet Shaping for Dramatic Reductions in Drag and Sonic Boom Strength," AIAA Paper 2006-0030, Jan. 2006), которая удовлетворяет двум основным требованиям: малой интенсивности звукового удара при хороших характеристиках по сопротивлению и подъемной силе на крейсерском режиме полета. Это обеспечивается за счет профилирования контура силовой установки, а точнее мотогондолы СУ, которая имеет малые углы наклона внешней образующей, а, следовательно, малое сопротивление. Для обеспечения высоких характеристик СУ и необходимого перепуска на стадии разгона, в мотогондоле присутствует внутренний тракт для пропуска перепускаемого воздуха и выброса его в хвостовой части СУ на малых скоростях полета. При этом мотогондола проектируется таким образом, что все скачки уплотнения, которые образуются от поверхностей сжатия, остаются внутри мотогондолы, а передняя кромка обечайки воздухозаборника проектируется с учетом требований к воздухозаборнику. Перепускной канал получается большим, но в итоге сопротивление мотогондолы (из-за малых внешних углов наклона) уменьшается, характеристики воздухозаборника улучшаются и, в целом, улучшаются характеристики СУ. Однако недостатком этой концепции является использование осесимметричной конструкции мотогондолы, что требует использования схемы летательного аппарата (ЛА) с размещением двигателей на пилонах. Последнее увеличивает в итоге суммарное сопротивление ЛА.The most advanced Gulfstream VDS concept in development offers a dual-circuit intake circuit (Conners, T. R., and Howe, D. C., "Supersonic Inlet Shaping for Dramatic Reductions in Drag and Sonic Boom Strength," AIAA Paper 2006-0030, Jan. 2006), which satisfies two basic requirements: low sound impact intensity with good performance in terms of drag and lift in cruising flight mode. This is ensured by profiling the circuit of the power plant, and more precisely the engine nacelle SU, which has small angles of inclination of the outer generatrix, and, therefore, low resistance. To ensure high performance SU and the necessary bypass at the stage of acceleration, in the nacelle there is an internal path for passing bypassed air and ejecting it in the tail of the SU at low flight speeds. In this case, the nacelle is designed in such a way that all the shock waves that form from the compression surfaces remain inside the nacelle, and the front edge of the air intake shell is designed taking into account the requirements for the air intake. The bypass channel turns out to be large, but as a result, the resistance of the engine nacelle (due to small external tilt angles) decreases, the characteristics of the air intake improve and, in general, the characteristics of the control system improve. However, the disadvantage of this concept is the use of the axisymmetric design of the nacelle, which requires the use of an aircraft circuit (A) with the placement of engines on pylons. The latter ultimately increases the total resistance of the aircraft.
Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип, является воздухозаборник с изменяемой геометрией для сверхзвукового летательного аппарата (RU 149896, 2014). Воздухозаборник содержит пространственный клин, обечайку, систему слива пограничного слоя, горло воздухозаборника с дозвуковым диффузором, где на боковых стенках имеются сквозные окна, канал за горлом воздухозаборника выполнен в виде шестигранного сечения на входе и сформирован к выходу в дозвуковой криволинейный диффузор с круговым сечением, система слива пограничного слоя имеет сквозные поперечные щели и перфорацию на клине. Техническое решение обеспечивает автоматическое регулирование проточного тракта для расширения диапазона по режимам полета и числам Маха, улучшение характеристик воздухозаборника, автоматическую ликвидацию возникающих отрывов потока воздуха в тракте, повышает надежность работы воздухозаборника интегрируемого с корпусом летательного аппарата, уменьшает радиолокационную заметность воздухозаборника. Однако толстый вихревой слой, накапливающийся на фюзеляже ЛА перед воздухозаборником значительно снижает средний коэффициент полного давления и увеличивает неравномерность потока перед двигателем.The closest analogue selected for the prototype is an air intake with variable geometry for a supersonic aircraft (RU 149896, 2014). The air inlet contains a spatial wedge, a casing, a boundary layer drainage system, an air inlet throat with a subsonic diffuser, where through windows are provided on the side walls, a channel behind the air inlet neck is made in the form of a hexagonal section at the inlet and is formed to exit into a subsonic curved diffuser with a circular cross section, the system drainage of the boundary layer has through transverse cracks and perforation on the wedge. The technical solution provides automatic control of the flow path for expanding the range of flight modes and Mach numbers, improving the characteristics of the air intake, automatically eliminating the occurring air flow breaks in the tract, increases the reliability of the air intake integrated with the aircraft body, and reduces the radar visibility of the air intake. However, a thick vortex layer accumulating on the aircraft fuselage in front of the air intake significantly reduces the average total pressure coefficient and increases the uneven flow in front of the engine.
Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в расширении арсенала технических средств, а именно создании асимметричного двухконтурного воздухозаборника для работы с трехконтурным двигателем.The technical problem solved by the claimed invention is to expand the arsenal of technical means, namely, the creation of an asymmetric dual-circuit air intake for working with a three-circuit engine.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в реализации его назначения, т.е. в создании асимметричного двухконтурного воздухозаборника, обеспечивающего снижение потерь полного давления, уменьшение величины неравномерности и пульсаций давления перед вентилятором двигателя.The technical result provided by the invention is to realize its purpose, i.e. in creating an asymmetric dual-circuit air intake, which reduces the loss of full pressure, reduces the size of unevenness and pressure pulsations in front of the engine fan.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что асимметричный воздухозаборник содержит расположенные по потоку пространственный клин, обечайку, боковые стенки, дозвуковой диффузор, а также горло и систему управления пограничным слоем, где клин состоит из панелей сжатия, а система управления пограничным слоем снабжена клиновидной щелью слива, расположенной в сечении горла, на выходе дозвукового диффузора размещен аксиальный разделительный канал, передняя кромка которого выполнена сложной формы, описываемой формулой:The claimed technical result is achieved due to the fact that the asymmetric air intake contains a spatial wedge, a shell, side walls, a subsonic diffuser, as well as a throat and a boundary layer control system, where the wedge consists of compression panels and the boundary layer control system is equipped with a wedge-shaped slot a drain located in the throat section, at the outlet of the subsonic diffuser there is an axial separation channel, the front edge of which is made of a complex shape, described by the formula:
гдеWhere
D - диаметр разделительного канала, м;D is the diameter of the separation channel, m;
- высота выступа, м; - the height of the protrusion, m;
ϕпр - угол сопряжения выступа правый, град;ϕ CR - the angle of conjugation of the ledge right, deg;
ϕлев - угол сопряжения выступа левый, град;ϕ lev - the angle of conjugation of the protrusion of the left, deg;
ϕцентр - угол при вершине выступа, град;ϕ center — angle at the apex of the protrusion, degrees;
- функция Хевисайда. - Heaviside function.
Боковые стенки воздухозаборника выполнены с обратной стреловидностью передних кромок и расположены между панелями сжатия клина и обечайкой, а передняя кромка обечайки выполнена с обратной стреловидностью.The side walls of the air intake are made with a reverse sweep of the leading edges and are located between the compression panels of the wedge and the shell, and the front edge of the shell is made with a reverse sweep.
Существенность отличительных признаков заявляемого асимметричного воздухозаборника подтверждается тем, что только совокупность всех конструктивных признаков, описывающая изобретение, достаточна для решения указанной технической проблемы и достижения заявленного технического результата. А именно:The significance of the distinguishing features of the claimed asymmetric air intake is confirmed by the fact that only the totality of all the design features describing the invention is sufficient to solve the technical problem and achieve the claimed technical result. Namely:
- система управления пограничным слоем содержит клиновидную щель слива, расположенную в сечении горла, которая позволяет управлять течением во внутреннем канале воздухозаборника за счет перепада давлений в области горла и в окружающем потоке;- the boundary layer control system contains a wedge-shaped drainage slot located in the throat section, which allows controlling the flow in the internal channel of the air intake due to the pressure differential in the throat region and in the surrounding stream;
- на выходе дозвукового диффузора размещен аксиальный разделительный канал, который стыкуется фактически с трехконтурным двигателем, размер внутреннего контура, выбран таким образом, чтобы во внешний контур направлялось 30% всего расхода воздуха воздухозаборника;- an axial separation channel is placed at the outlet of the subsonic diffuser, which is actually mated to a three-circuit engine, the size of the internal circuit is selected so that 30% of the total air intake is directed to the external circuit;
- передняя кромка разделительного канала выполнена сложной формы, описываемой формулой (1), для слива низкоэнергетической части потока с большими потерями во внешний контур воздухозаборника, что позволяет резко поднять уровень полного давления в центральном контуре воздухозаборника;- the front edge of the separation channel is made of a complex shape, described by formula (1), for draining the low-energy part of the stream with large losses into the external circuit of the air intake, which allows you to drastically increase the level of total pressure in the Central circuit of the air intake;
- боковые стенки и передняя кромка обечайки выполнены с обратной стреловидностью, что обеспечивает уменьшение массы воздухозаборника, компактность и улучшает характеристики воздухозаборника на запуске и взлетном режиме, обеспечивает устойчивую работу на крейсерском режиме и реализацию автозапуска воздухозаборника на всех режимах полета.- the side walls and the front edge of the shell are reversed sweep, which reduces the mass of the air intake, compactness and improves the characteristics of the air intake at launch and take-off mode, ensures stable operation in cruising mode and the implementation of autostart air intake in all flight modes.
Таким образом, технический результат, обеспечиваемый каждым из существенных признаков предлагаемого изобретения, в совокупности позволяет создать асимметричный двухконтурный воздухозаборник, обеспечивающий снижение потерь полного давления, уменьшение величины неравномерности и пульсаций давления перед вентилятором двигателя.Thus, the technical result provided by each of the essential features of the present invention, in combination, allows you to create an asymmetric double-circuit air intake, which reduces the loss of total pressure, reduces the size of unevenness and pressure pulsations in front of the engine fan.
Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием конструкции асимметричного воздухозаборника для трехконтурного двигателя и его работы со ссылкой на иллюстрации, представленные на фиг. 1-5, гдеThe present invention is illustrated by the following detailed description of the design of the asymmetric air intake for a three-circuit engine and its operation with reference to the illustrations shown in FIG. 1-5, where
на фиг. 1 изображена конструкция асимметричного воздухозаборника;in FIG. 1 shows the design of an asymmetric air intake;
на фиг. 2 - продольный разрез фиг. 1;in FIG. 2 is a longitudinal section of FIG. one;
на фиг. 3 - вид сверху на фиг. 1;in FIG. 3 is a plan view of FIG. one;
на фиг. 4 - вид спереди на фиг. 1;in FIG. 4 is a front view of FIG. one;
на фиг. 5 - форма передней кромки аксиального разделительного канала;in FIG. 5 - shape of the leading edge of the axial separation channel;
на фиг. 6 - картина чисел Маха в продольной плоскости симметрии воздухозаборника;in FIG. 6 is a picture of Mach numbers in the longitudinal plane of symmetry of the air intake;
на фиг. 7 - картина распределения коэффициента полного давления в выходном сечении воздухозаборника;in FIG. 7 is a picture of the distribution of the total pressure coefficient in the outlet section of the air intake;
на фиг. 8 - зависимость коэффициента полного давления на выходе центрального контура от коэффициента полного давления на выходе внешнего контура воздухозаборника.in FIG. 8 - dependence of the coefficient of total pressure at the outlet of the central circuit on the coefficient of total pressure at the outlet of the outer circuit of the air intake.
Асимметричный двухконтурный воздухозаборник для трехконтурного двигателя содержит пространственный клин 1, состоящий из панелей сжатия, обечайку 2, боковые стенки 3, систему управления пограничным слоем, которая имеет клиновидную щель слива 4, расположенную в сечении горла 5, дозвуковой диффузор 6 (фиг. 1, 2). Клин 1 выполнен в проекции с шириной равной ширине В воздухозаборника, установлен на стенке 7 корпуса летательного аппарата и имеет передние стреловидные кромки 8 (фиг. 3). Угол β клина 1 в вертикальной плоскости относительно продольной оси X составляет 5-15°.An asymmetric double-circuit air intake for a three-circuit engine contains a
Передняя кромка 9 обечайки 2 выполнена с обратной стреловидностью с углом стреловидности χ относительно поперечной оси Z. Внутренняя поверхность обечайки 2 выполнена из примыкающих друг к другу плоскостей, образующих конфузорную поверхность. Боковые стенки 3 выполнены с обратной стреловидностью передних кромок, которые начинаются от клина 1, где его ширина в проекции достигает значения, равного ширине В канала воздухозаборника, и продолжающимися до обечайки 2. В дозвуковом диффузоре 6 расположен аксиальный разделительный канал 10, который имеет переднюю кромку 11 сложной формы (фиг. 4, 5), и задаваемую формулой:The
, ,
гдеWhere
D - диаметр разделительного канала, м;D is the diameter of the separation channel, m;
- высота выступа, м; - the height of the protrusion, m;
ϕпр - угол сопряжения выступа правый, град;ϕ CR - the angle of conjugation of the ledge right, deg;
ϕлев - угол сопряжения выступа левый, град;ϕ lev - the angle of conjugation of the protrusion of the left, deg;
ϕцентр - угол при вершине выступа, град;ϕ center — angle at the apex of the protrusion, degrees;
- функция Хевисайда. - Heaviside function.
Заявляемый асимметричный двухконтурный воздухозаборник для высокоскоростного летательного аппарата работает следующим образом. Набегающий сверхзвуковой поток тормозится в косых скачках уплотнения, инициируемых пространственным клином 1, пересекающимися в плоскости симметрии и взаимодействующими между собой, формируя течение близкое к коническому. Образующийся суммарный скачок уплотнения проходит вблизи передней кромки 9 обечайки 2, форма которой и углы стреловидности χ в плоскости параллельной плоскости XOZ выбираются с учетом конфигурации суммарного скачка уплотнения, образующегося на расчетном числе Маха воздухозаборника согласно газодинамической вырезке из трубки тока для расчетной многоскачковой схемы торможения.The inventive asymmetric dual-circuit air intake for a high-speed aircraft operates as follows. The incident supersonic flow is inhibited in oblique shock waves initiated by the
При торможении потока на пространственном клине 1 возникающий поперечный градиент давления и компонента скорости в направлении оси Z действуют на пограничный слой, образовавшийся на корпусе летательного аппарата и клине 1, и уменьшают его толщину путем слива в стороны перед боковыми стенками 3. Течение на клине 1 является пространственным и поэтому обтекание боковых стенок 3, внутренняя поверхность которых наклонена к плоскости симметрии воздухозаборника, реализуется также с образованием скачков уплотнения в канале воздухозаборника.When braking the flow on the
Дальнейшее торможение сверхзвукового потока осуществляется в косых скачках уплотнения, образующихся на конфузорной поверхности обечайки 2 и при обтекании боковых стенок 3 воздухозаборника, а также в замыкающем скачке уплотнения, близком по интенсивности к прямому скачку, располагающемуся вблизи сечения горла 5. Благодаря сливу пограничного слоя через щель 4 на большей части длины пространственных клиньев 1, боковых стенках 3 со стреловидными кромками обеспечивается необходимый перепуск воздуха наружу на режиме запуска, то есть реализуется его автозапуск, при расчетном числе Маха и при скоростях полета меньших расчетных.Further inhibition of the supersonic flow occurs in oblique shock waves formed on the confuser surface of the
Одним из основных моментов в работе воздухозаборника является разделение потоков в дозвуковом диффузоре с помощью аксиального разделительного канала 10. При этом поток с высоким полным давлением поступает в центральный контур воздухозаборника и далее в двигатель, поток с низким полным давлением отделяемый с помощью разделительной кромки 11 поступает во внешний контур трехконтурного двигателя.One of the main points in the operation of the air intake is the separation of the flows in the subsonic diffuser using the
Изобретение обеспечивает:The invention provides:
- улучшение характеристик воздухозаборника для сверхзвукового летательного аппарата;- improving the characteristics of the air intake for a supersonic aircraft;
- уменьшение массы воздухозаборника, его компактность;- reduction in mass of the air intake, its compactness;
- автоматическое регулирование проточного тракта для расширения диапазона по режимам полета и числам Маха;- automatic regulation of the flow path to expand the range according to flight modes and Mach numbers;
- обеспечение автоматической ликвидации возникающих отрывов потока воздуха в дозвуковом диффузоре;- ensuring the automatic elimination of arising air flow gaps in the subsonic diffuser;
- повышение равномерности воздушного потока перед двигателем;- increasing the uniformity of the air flow in front of the engine;
- повышение надежности работы воздухозаборника интегрируемого с корпусом ЛА;- improving the reliability of the air intake integrated with the aircraft;
- уменьшение распространения шума из компрессора двигателя.- reducing the spread of noise from the engine compressor.
Данная схема имеет следующие преимущества:This scheme has the following advantages:
- геометрический контур воздухозаборника выбран по газодинамической вырезке из трубки тока при торможении потока в системе косых пространственных скачков уплотнения и замыкающем нормальном скачке перед криволинейным дозвуковым диффузором, что позволяет организовать торможение потока с минимальными потерями для широкого диапазона чисел Маха полета, т.е. линии тока за системой косых скачков уплотнения пересекаются с предполагаемым поперечным контуром воздухозаборника. Итогом является сложная трехмерная поверхность, образующая облик воздухозаборника;- the geometrical contour of the air intake is selected from the gas-dynamic cut-out of the current tube during flow braking in the system of oblique spatial shock waves and the closing normal jump in front of the curved subsonic diffuser, which makes it possible to organize flow braking with minimal losses for a wide range of flight Mach numbers, i.e. the streamlines behind the oblique shock wave system intersect with the assumed transverse contour of the air intake. The result is a complex three-dimensional surface, forming the appearance of an air intake;
- начальное торможение набегающего потока осуществляется на клине сжатия с углом поворота потока от 8° до 15° по отношению к оси фюзеляжа в плоскости симметрии воздухозаборника. Дальнейшее торможение происходит в отраженном от обечайки скачке уплотнения;- initial braking of the oncoming flow is carried out on the compression wedge with an angle of rotation of the flow from 8 ° to 15 ° with respect to the axis of the fuselage in the plane of symmetry of the air intake. Further braking occurs in the shock wave reflected from the shell;
- дозвуковой диффузор выполнен слабо криволинейным с длиной- the subsonic diffuser is made slightly curved with a length
LДД/DДД,вых=2/0,7=2,86 м,L DD / D DD , out = 2 / 0.7 = 2.86 m,
гдеWhere
LДД - длина дозвукового диффузора,L DD - the length of the subsonic diffuser,
DДД,вых - диаметр дозвукового диффузора на выходе.D DD , o - the diameter of the subsonic diffuser at the output.
Выходное сечение дозвукового диффузора на его длине увеличивается в 1,6 раз, а вертикальное смещение осевой линии дозвукового диффузора из условия интеграции с корпусом фюзеляжа составляет 0,22 м. За участком горла постоянной площади 0,243 м2 трапецеидальный в начальном сечении канал дозвукового диффузора плавно переходит в круглый диаметром 0,85 м. Геометрия контура канала аппроксимируется трехмерными сплайнами 3-го порядка. В выходном сечении дозвукового диффузора пристыковывается цилиндрический участок длиной примерно 0,35 м.The output cross section of the subsonic diffuser along its length increases 1.6 times, and the vertical displacement of the axial line of the subsonic diffuser from the condition of integration with the fuselage body is 0.22 m. The trapezoidal channel of the subsonic diffuser smoothly passes over the section of the throat of a constant area of 0.243 m 2 into a circular diameter of 0.85 m. The geometry of the channel contour is approximated by three-dimensional splines of the third order. In the output section of the subsonic diffuser, a cylindrical section about 0.35 m long is docked.
Обширные расчетные исследования при числе Маха набегающего потока равному критическому числу Маха (Мкр) многорежимных нерегулируемых воздухозаборников, интегрированных с летательным аппаратом и предназначенных для крейсерского полета с числом Маха от 1,6 до 2,0 выполнялись с использованием стандартных сертифицированных пакетов программ FLUENT и FASTRAN, основанных на решении стационарных уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу, для трехмерных вязких течений. В качестве модели турбулентности выбиралась модель «k-ε».Extensive design studies with the free-stream Mach number equal to the critical Mach number (M cr ) of multi-mode unregulated air intakes integrated with the aircraft and designed for cruising flights with Mach numbers from 1.6 to 2.0 were carried out using standard certified FLUENT and FASTRAN software packages based on the solution of stationary Navier-Stokes equations averaged by Reynolds for three-dimensional viscous flows. The “k-ε" model was chosen as the turbulence model.
Расчетные исследования течения и характеристик воздухозаборника с дозвуковым криволинейным диффузором на режимах без дросселирования и с дросселированием течения в выходном сечении, выполненные с помощью программного комплекса ESI-CFD, основанного на решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса, показали эффективность и правильность предложенного технического решения. Значения коэффициента восстановления полного давления σ при числах Маха полета от 0,6 до 2,0 составляют 0,96-0,92 при расходе сливаемого воздуха в пределах от 1,5% до 2,5% от суммарного расхода.Computational studies of the flow and characteristics of the air intake with a subsonic curved diffuser in the non-throttling modes and with the throttling of the flow in the outlet section, performed using the ESI-CFD software package based on solving the Reynolds averaged Navier-Stokes equations, have shown the efficiency and correctness of the proposed technical solution. The values of the total pressure recovery coefficient σ at flight Mach numbers from 0.6 to 2.0 are 0.96-0.92 with a discharge air flow rate ranging from 1.5% to 2.5% of the total flow rate.
На фиг. 6 показана картина чисел Маха в продольной плоскости симметрии воздухозаборника на крейсерском режиме при числе Маха 1,8, а на фиг. 7 показано распределение коэффициента полного давления в выходном сечении двухконтурного воздухозаборника. Видно, что внизу канала образуется вихревая зона с повышенными потерями полного давления, которая благодаря наличию разделительной створки сливается во внешний контур воздухозаборника. На фиг. 8 показаны зависимости значений коэффициента полного давления на выходе центрального контура от коэффициента полного давления на выходе внешнего контура для различных значений противодавления на выходе. Видно, что при оптимальном дросселировании контуров воздухозаборника можно получить высокие значения коэффициента полного давления на входе центрального контура на уровне значений σвнутр от 0,9 до 0,91.In FIG. 6 shows a picture of Mach numbers in the longitudinal plane of symmetry of the air intake at cruising mode with a Mach number of 1.8, and in FIG. 7 shows the distribution of the total pressure coefficient in the outlet section of the double-circuit air intake. It is seen that a vortex zone is formed at the bottom of the channel with increased total pressure losses, which, due to the presence of a dividing flap, merge into the external contour of the air intake. In FIG. Figure 8 shows the dependences of the values of the coefficient of total pressure at the outlet of the central circuit on the coefficient of total pressure at the outlet of the external circuit for various values of backpressure at the outlet. It can be seen that with optimal throttling of the air intake circuits, it is possible to obtain high values of the total pressure coefficient at the inlet of the central circuit at the level of σ int from 0.9 to 0.91.
Таким образом, предложенный двухконтурный асимметричный воздухозаборник для сверхзвукового летательного аппарата с трехконтурным двигателем обеспечивает эффективное торможение набегающего воздушного потока и уменьшение его сопротивления с минимальным механическим регулированием значений параметров его конструкции и сливом пограничного слоя на рабочих режимах и режиме запуска, и равномерный профиль параметров потока в выходном сечении дозвукового диффузора. Воздухозаборник отвечает всем необходимым требованиям для работы с трехконтурным двигателем и обеспечивает высокие характеристики на всех режимах работы двигателя.Thus, the proposed dual-circuit asymmetric intake for a supersonic aircraft with a three-circuit engine provides effective braking of the incoming air flow and reducing its resistance with minimal mechanical control of the values of its design parameters and discharge of the boundary layer in operating and launch modes, and a uniform profile of flow parameters in the output cross section of a subsonic diffuser. The air intake meets all the necessary requirements for working with a three-circuit engine and provides high performance in all engine operation modes.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018102311A RU2670664C9 (en) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | Asymmetrical air-scoop for three flow engine of faster-than-sound aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018102311A RU2670664C9 (en) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | Asymmetrical air-scoop for three flow engine of faster-than-sound aircraft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2670664C1 RU2670664C1 (en) | 2018-10-24 |
RU2670664C9 true RU2670664C9 (en) | 2018-11-06 |
Family
ID=63923572
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018102311A RU2670664C9 (en) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | Asymmetrical air-scoop for three flow engine of faster-than-sound aircraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2670664C9 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2747333C1 (en) * | 2020-06-18 | 2021-05-04 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Air intake device of a supersonic ramjet engine integrated with the aircraft body |
RU2766238C1 (en) * | 2021-08-27 | 2022-02-10 | Федеральное Автономное Учреждение "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Variable geometry air intake for supersonic passenger aircraft |
RU2779515C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-09-08 | Публичное акционерное общество "Объединенная авиастроительная корпорация (ПАО "ОАК") | Supersonic unregulated air intake |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113062803B (en) * | 2021-04-09 | 2022-04-26 | 北京航空航天大学 | Layered air inlet channel for separating boundary layer and modeling method thereof |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2343297C1 (en) * | 2007-04-24 | 2009-01-10 | Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (ИТПМ СО РАН) | Supersonic intake |
US7690595B2 (en) * | 2006-12-12 | 2010-04-06 | Lockheed Martin Corporation | System, method, and apparatus for throat corner scoop offtake for mixed compression inlets on aircraft engines |
RU2472956C2 (en) * | 2011-04-29 | 2013-01-20 | Открытое акционерное общество "ОКБ Сухого" | Supersonic controlled air intake |
US9334801B2 (en) * | 2005-12-15 | 2016-05-10 | Gulfstream Aerospace Corporation | Supersonic aircraft jet engine installation |
-
2018
- 2018-01-22 RU RU2018102311A patent/RU2670664C9/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9334801B2 (en) * | 2005-12-15 | 2016-05-10 | Gulfstream Aerospace Corporation | Supersonic aircraft jet engine installation |
US7690595B2 (en) * | 2006-12-12 | 2010-04-06 | Lockheed Martin Corporation | System, method, and apparatus for throat corner scoop offtake for mixed compression inlets on aircraft engines |
RU2343297C1 (en) * | 2007-04-24 | 2009-01-10 | Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (ИТПМ СО РАН) | Supersonic intake |
RU2472956C2 (en) * | 2011-04-29 | 2013-01-20 | Открытое акционерное общество "ОКБ Сухого" | Supersonic controlled air intake |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2747333C1 (en) * | 2020-06-18 | 2021-05-04 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Air intake device of a supersonic ramjet engine integrated with the aircraft body |
RU2766238C1 (en) * | 2021-08-27 | 2022-02-10 | Федеральное Автономное Учреждение "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Variable geometry air intake for supersonic passenger aircraft |
RU2779515C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-09-08 | Публичное акционерное общество "Объединенная авиастроительная корпорация (ПАО "ОАК") | Supersonic unregulated air intake |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2670664C1 (en) | 2018-10-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8783039B2 (en) | Low shock strength propulsion system | |
US7837142B2 (en) | Supersonic aircraft jet engine | |
US5158251A (en) | Aerodynamic surface tip vortex attenuation system | |
EP2956363B1 (en) | Propulsion system using large scale vortex generators for flow redistribution and supersonic aircraft equipped with the propulsion system | |
CN103748337B (en) | Adjustable supersonic inlet | |
US3178131A (en) | Aircraft wing structure | |
US10967980B2 (en) | Turbine engine propelled airplane having an acoustic baffle | |
RU2670664C9 (en) | Asymmetrical air-scoop for three flow engine of faster-than-sound aircraft | |
EP3109153B1 (en) | Swept gradient boundary layer diverter | |
JPH0350100A (en) | Hybrid laminar flow nacelle | |
RU2353550C1 (en) | Air intake with variable geometry for supersonic aircraft (versions) | |
CN103797229B (en) | For the method adjusting supersonic inlet | |
CA2890775C (en) | Submerged vortex generator | |
US20070176052A1 (en) | Air inlet for a turbofan engine | |
RU2687437C1 (en) | Double supersonic convergent air intake (dscai) | |
RU2548200C2 (en) | Supersonic aircraft | |
RU149896U1 (en) | VARIABLE GEOMETRY AIR INTAKE FOR A SUPERSONIC AIRCRAFT | |
RU2766238C1 (en) | Variable geometry air intake for supersonic passenger aircraft | |
Vnuchkov et al. | Design of cylindrical air inlets for high flight speeds from a combination of plane flows | |
RU2807307C1 (en) | Output device of a turbojet engine | |
RU2810871C1 (en) | Adjustable noise reduction nozzle of supersonic passenger aircraft | |
US11772779B2 (en) | Propulsion unit with improved boundary layer ingestion | |
US6178742B1 (en) | Rear mixer ejector for a turbomachine | |
RU2454354C2 (en) | Supersonic aircraft jet engine | |
RU2732360C1 (en) | Noise-suppressing nozzle of air-jet engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TH4A | Reissue of patent specification | ||
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210804 |