Устройство для увеличения подъемной силы летательного аппарата

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, содержащее входной коллектор с двумя рядами плоских сопл с криволинейной осью, камеру смешения прямоугольного поперечного сечения, диффузор и устройство для сдува пограничного слоя, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы в сверхкритическом диапазоне давлений и упрощения конструкции, каждое плоское сопло входного коллектора содержит спрямленный сужающе-расширяющийся участок, а устройство для сдува пограничного слоя выполнено в виде периферийного щелевого сопла с перегородками, расположенного между коллектором и входным участком камеры смещения, который отогнут внутрь коллектора, при этом площадь периферийного щелевого сопла составляет 0,5 - 0,7 суммарной площади критических сечений всех сопл, а площадь поперечного сечения камеры смещения в 16 - 20 раз больше суммарной площади критических сечений всех сопл, степень расширения диффузора равна 1,9 - 2,2 при длине диффузора равной 2 - 4 поперечным размерам камеры смешения, длина которой составляет 0,4 - 0,6 поперечного размера камеры смешения.

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в самолетах вертикального взлета и посадки.
Известно эжекторное устройство для создания подъемной силы на самолете, устанавливаемое в неподвижной части несущей поверхности и работающее по принципу эжектирования окружающего воздуха высокоэнергетическим газовым потоком, поступающим от силовой установки самолета.
Недостатком этого устройства является мала эффективность из-за отрыва потока при работе на сверхкритических перепадах давления, в большей степени отвечающих требованиям высокой маневренности сверхзвуковой авиации.
Известен также взятый за прототип многосопловой эжекторный увеличитель подъемной силы, расположенный в крыле самолете, содержащий камеру смешения прямоугольного поперечного сечения, входной коллектор с двумя рядами сужающихся плоских сопл с криволинейной осью и диффузор с двумя рядами корневых сопл и с соплами на боковых стенках для сдува пограничного слоя.
Недостатками указанного эжекторного увеличителя подъемной силы является сложность конструкции и малая эффективность при работе в сверхкритическом диапазоне давлений.
Целью изобретения является повышение эффективности и работы в сверхкритическом диапазоне давлений (p>1,8 ата) и упрощение конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для увеличения подъемной силы летательного аппарата (ЛА), содержащем входной коллектор, включающий два ряда плоских сопл с криволинейной осью, камеру смешения прямоугольного поперечного сечения, диффузор и устройство для сдува пограничного слоя, каждое плоское сопло входного коллектора содержит спрямленный сужающе-расширяющийся участок, а устройство для сдува пограничного слоя выполнено в виде периферийного щелевого сопла с перегородками, расположенного между коллектором и входным участком камеры смешения, который отогнут вовнутрь коллектора, при этом площадь периферийного щелевого сопла составляет 0,5-0,7 суммарной площади критических сечений всех сопл, а площадь поперечного сечения камеры смешения 16-20 раз больше суммарной площади критических сечений всех сопл, степень расширения диффузора равна 1,9-2,2 при длине диффузора, равной 2-4 поперечным размером камеры смешения, длина которой составляет 0,4-0,6 поперечного размера камеры смешения.
На фиг. 1 представлена схема многосоплового увеличителя подъемной силы; на фиг. 2 схема плоского сопла с криволинейной осью многосоплового увеличителя подъемной силы; на фиг. 3 вид по стрелке А на фиг. 1 периферийное щелевое сопло; на фиг. 4 сечение по А-А на фиг. 2; на фиг. 5 схема крыла в режимах взлета и посадки; на фиг. 6 схема крыла в режиме висения; на фиг. 7 схема крыла в режиме горизонтального полета; на фиг. 8 зависимость коэффициента увеличения подъемной силы (подъемная сила, создаваемая устройством, отнесена к тяге идеального сопла) от относительной длины l_к камеры смешения (кривая а) и от относительной длины l_д (все линейные размеры отнесены к поперечному размеру d камеры смешения) диффузора (кривая б); на фиг. 9 показано влияние степени расширения диффузора f_д на коэффициент на фиг. 10 представлена зависимость коэффициента от относительной площади поперечного сечения камеры смешения (отнесено к суммарной площади критических сечений всех сопл); на фиг. 11 показана зависимость коэффициента от относительной площади выходного сечения периферийного щелевого сопла (отнесено к суммарной площади критических сечений всех сопл); на фиг. 12 представлена расчетная зависимость коэффициента восстановления полного давления в устройстве с сужающимися соплами (кривая а) и с сужающе-расширяющимися соплами (кривая б) от относительного давления (отнесено к атмосферному давлению) на срезе сопл; на фиг. 13 показана расчетная зависимость коэффициента для увеличителя подъемной силы с сужающимися соплами (кривая а) и с сужающе-расширяющимися соплами (кривая б) от относительного давления на срезе сопл.
Многосопловой увеличитель подъемной силы (см. фиг. 1) содержит входной коллектор 1, плоские сопла 2 с криволинейной осью, камеру смешения 3 прямоугольного поперечного сечения с входным участком 4, отогнутым внутрь коллектора 1, периферийное щелевое сопло 5 с перегородками 6 для сдува пограничного слоя и диффузор 7.
При изготовлении многосоплового увеличителя подъемной силы важно правильно выбрать размеры проточной части. Как видно из фиг. 8, отклонение относительной длины камеры смешения от диапазона =0,4-0,6 в меньшую или в большую сторону приводит к значительным (до 10%) потерям в коэффициенте увеличения подъемной силы. Оптимальная по коэффициенту относительная длина диффузора составляет = 2-4 (кривая б). При этом, как видно из фиг. 10, степень расширения диффузора (отношение площадей выходного и входного сечений диффузора) составляет =1,9-2,2 (кривая а соответствует значениям коэффициента при =0,5, а кривая б при =0). Отключение в большую и особенно в меньшую сторону от указанных диапазонов и приводит к 10-20% потерям в коэффициенте увеличения подъемной силы.
На фиг. 10 кривые а соответствует значениям коэффициента при =0,5 и = 3,5, а правая б при =0 и =2. Как видно из фиг. 4, отклонение относительной площади поперечного сечения камеры смешения от оптимального диапазона =16-20 приводит к 5-10% потерям в коэффициенте увеличения подъемной силы.
Наличие оптимальных значений , и связано с ростом энтропии в процессе турбулентного смешения и объясняется наличием значительных гидравлических потерь в низконапорном тракте. Оптимальный диапазон степени расширения диффузора обусловлен потерями, связанными с возникновением отрыва потока. Правильным выбором размеров проточной части удается получить коэффициент увеличения подъемной силы на уровне 1,39-1,52 в диапазоне относительного давления =1,6-4,0 (при М=1).
Сдув пограничного слоя эффективный метод борьбы с гидравлическими потерями в проточной части увеличивателя подъемной силы. Как видно из фиг. 11, существует оптимальный по коэффициенту диапазон изменения относительной площади выходного сечения периферийного щелевого сопла: =0,5-0,7. Кривая а соответствует значениям при l_к=0,5 и =3,5, а кривая б при =0 и = 2, Отклонение от указанного диапазона в большую или меньшую сторону может привести к 5% -ным потерям в коэффициенте увеличения подъемной силы.
Замена сужающегося сопла на сужающе-расширяющееся приводит к снижению гидравлических потерь при работе в сверхкритическом диапазоне давлений (p>1,8 ата). Из фиг. 12 видно, что коэффициент восстановления полного давления в устройстве с сужающе-расширяющимися соплами на 5-10% выше, чем в устройстве с сужающимися соплами. Выигрыш в коэффициенте восстановления полного давления тем выше, чем больше число Маха М сопла и величина относительного давления на срезе сопла. На фиг. 12 кривая а соответствует М=1, а кривая б М=1,26.
Многосопловой увеличитель подъемной силы работает следующим образом.
От второго контура двигателя или от компрессора высоконапорный газ отводится во внутреннюю полость коллектора 1 (фиг. 1) и затем через плоские сопла 2 и периферийное щелевое сопло 5 с перегородками 6, расположенные внутри вдоль крыла 8 поступает в камеру смешения 3. На режимах взлета и посадки (фиг. 5) на верхней и нижней поверхности крыла открываются створки, образуя входную часть эжектора и диффузор 7. Высоконапорная струя газа, вытекающая из сопл 2, подсасывает атмосферный воздух с поверхности крыла и проталкивает его сквозь проточную часть эжектора вертикально вниз. Направленная вверх подъемная сила, создаваемая потоком смешанных газов, превышает тягу исходной высоконапорной струи. Кроме того, эжектор, расположенный в крыле, влияет на картину обтекания, внося вклад в аэродинамическую циркуляцию, что дает возможность управлять аэродинамической подъемной силой, в частности, увеличивать ее.
Данный увеличитель подъемной силы может быть установлен в крыле или оперении дозвуковых и сверхзвуковых самолетов вертикального взлета и посадки, на палубных многоцелевых и военно-транспортных самолетах, а также на вертикально-взлетающих самолетах амфибиях.
Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в самолетах вертикального взлета и посадки. Цель изобретения - повышение эффективности работы в сверхкритическом диапазоне давлений и упрощение конструкции. Цель достигается тем, что в устройстве для увеличения подъемной силы летательного аппарата, содержащем входной коллектор 1, включающий два ряда плоских сопл 2 с криволинейной осью, камеру смешения 3 прямоугольного поперечного сечения, диффузор 7 и устройство для сдува пограничного слоя, каждое плоское сопло 2 содержит спрямленный сужающе - расширяющийся участок, а устройство для сдува пограничного слоя выполнено в виде периферийного щелевого сопла 5 с перегородками 6, расположенного между коллектором 1 и входным участком 4 камеры смешения, который отогнут внутрь коллектора, при этом площадь периферийного щелевого сопла 5 составляет 0,5 - 0,7, а площадь поперечного сечения камеры смешения 3 в 16 - 20 раз больше суммарной площади критических сечений всех сопл, степень расширения диффузора 7 равна 1,9 - 2,2 при длине диффузора, равной 2 - 4 поперечным размерам камеры смешения 3, а длина камеры смешения составляет 0,4 - 0,6 поперечного размера камеры смешения. 13 ил.