МОДЕЛЬ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ВОЗДУХОЗАБОРНЫМ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Полезная модель относится к отрасли машиностроения и предназначено для использования в аэродинамических испытаниях.
Аналогом предлагаемого устройства является летательный аппарат (ЛА) с воздушно-реактивным двигателем (ВРД) [патент РФ №2493533]. ЛА с ВРД содержит ракетно-прямоточный двигатель (РПД), камеру дожигания и кольцевой воздухозаборник. РПД размещен в кормовой части ЛА. РПД содержит газогенератор с зарядом твердого топлива и опорной решеткой. Камера дожигания имеет вид кольца и расположена вокруг газогенератора. Заряд твердого топлива состоит из двух полузарядов торцевого горения, переднего и заднего.
Вышеуказанный аналог обладает рядом недостатков:
- малые продольные размеры камеры дожигания;
- отсутствие возможности по управлению пограничным слоем:
- отсутствие оптимального преобразования потока в систему скачков уплотнения.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является модель цилиндрического воздухозаборника (ВЗУ) описанная в [Д.А. Внучков, В.И. Звегинцев, Д.Г. Наливайченко “Экспериментальное исследование цилиндрического воздухозаборника, построенного на основе плоских течений”. Теплофизика и аэромеханика, 2014, том 21, №2, стр. 179-186) которая является наиболее близким к представленной полезной модели и выбрана авторами в качестве прототипа.
Модель воздухозаборника представляет собой центральное тело из шести V-образных секторов с углом переднего клина θ=19°, встроенное в цилиндрическую обечайку. Геометрия центрального тела рассчитана для относительной скорости набегающего потока M=4. Обечайка с внутренним диаметром 38 мм и внешним 40 мм крепилась к стойке хомутом. Внешний угол заострения обечайки составляет 10°.
Вышеуказанный прототип обладает существенными недостатками:
- отсутствие системы слива пограничного слоя;
- результаты моделирования, полученные с помощью данной модели, применимы только для ВЗУ носового расположения и не могут быть использованы для ВЗУ туннельного типа.
Технической задачей полезной модели является обеспечение возможности проведения комплексных экспериментальных исследований разнообразных конфигураций ВЗУ туннельного типа на различных скоростных режимах с определением их дроссельных характеристик и выбором предпочтительных конфигураций.
Поставленная задача решается тем, что модель ЛА с ВЗУ содержит внешнюю цилиндрическую оболочку и центральное тело, секционирующее входной поток. При этом центральное тело выполнено составным из последовательно соединенных между собой геометрического имитатора носовой части летательного аппарата, переходной обечайки, внешняя поверхность которой выполнена с обратной конусностью, и ребристой обечайки с внешними продольными ребрами, причем коническая поверхность переходной обечайки имеет одинаковую конусность с пазами, образованными на ребристой обечайке, при этом торцевые поверхности внешней цилиндрической оболочки и закрепленной внутри ее ребристой обечайки образуют входное сечение воздухозаборника туннельного типа в виде совокупности кольцевых секторов. Каждый из секторов воздухозаборникаможет иметь устройство для слива пограничного слоя, которое включает в себя рассекатель пограничного слоя и сливные каналы, при этом рассекатели выполнены в виде фигурных клиньев и установлены во внутренней проточке ребристой обечайки таким образом, что их оси симметрии совпадают с осями симметрии секторов воздухозаборника, а сливные каналы сформированы сквозными продольными пазами в ребрах ребристой обечайки и соответствующими прорезями во внешней оболочке. На переходной обечайке соосно сливным каналам могут быть установлены продольные пилоны с удобообтекаемыми ребрами.
Устройства модели ЛА с ВЗУ поясняется фигурами. На фиг. 1 представлено трехмерное изображение общего вида модели, на фиг. 2 - вид на внутренние элементы ВЗУ, на фиг. 3 - продольный разрез в месте расположения ВЗУ.
Модель содержит составное центральное тело, состоящее из последовательно соединенных между собой геометрического имитатора носовой части ЛА 1, переходной конической обечайки 2 с установленными на ней пилонами 3 и ребристой обечайки 4 с внешними продольными ребрами 5. Продольные пазы 6 ребристой обечайки совместно с продольными ребрами 5 и внешней цилиндрической оболочкой 7 образуют кольцевые сектора 8 воздухозаборного устройства. При этом внешняя коническая поверхность переходной конической обечайки 2 имеет одинаковую обратную конусность с продольными пазами 6, а торцевые поверхности цилиндрической оболочки 7 и закрепленной внутри нее ребристой обечайки 4 образуют входное сечение секторного вуздухозаборника туннельного типа.
В данной модели ЛА с ВЗУ может иметься устройство для слива пограничного слоя, которое образуется внутренней кольцевой проточкой 9 в передней части ребристой обечайки 4, заходящей в нее наружной конической поверхностью переходной конической обечайки 2, рассекателями 10 и сливными каналами в виде сквозных пазов 11 в продольных ребрах 5 и соответствующих им прорезей 12 во внешней цилиндрической оболочке 7. При этом рассекатели 10 в количестве соответствующем числу секторов ВЗУ выполнены в виде фигурных клиньев и установлены во внутренне проточке 9 ребристой обечайки 4 таким образом, что их оси симметрии совпадают с осями симметрии секторов ВЗУ, их толщина соответствует глубине внутренней проточки 9, а ширина соответствует расстоянию между сливными каналами.
Для секционирования пограничного слоя на конической поверхности переходной конической обечайки 2 до входа в ВЗУ могут устанавливаться соосно сливным каналам продольные пилоны 3 с удобообтекаемыми передней и задней кромками.
Предлагаемую модель ЛА с ВЗУ предполагается использовать в аэродинамических испытаниях для определения дроссельных характеристик ВЗУ туннельного типа и оценки дополнительного аэродинамического сопротивления проточного тракта ПВРД. В ходе аэродинамических испытаний сверхзвуковой поток воздуха, генерируемый в аэродинамической трубе, обтекает имитатор носовой части ЛА 1, переходную коническую обечайку 2 с установленными на ней пилонами 3 и на входе в ребристую обечайку 4 с внешними продольными ребрами 5 разделяется на пограничный слой с переменной по толщине скоростью и основной невозмущенный поток.
Пограничный слой попадает на рассекатели 10 и через сквозные пазы 11 и соответствующие им прорези 12 выводится наружу, а основной поток попадает в кольцевые сектора 8, образованные продольными пазами 6 ребристой обечайки 4 внешними продольными ребрами 5 и внешней цилиндрической оболочкой 7, где установлены приемники давления.
Модульность данной модели ЛА с ВЗУ позволяет варьировать толщиной сливаемого пограничного слоя. Для этого изменяют конусность переходной обечайки 2, глубину внутренней проточки 9 и соответствующую ей толщину фигурных клиньев рассекателей 10. Кроме этого, возможно варьирование числом секторов ВЗУ. Для этого изменяют одну деталь - ребристую обечайку 4, а именно изменяют число устанавливаемых пилонов 3 и сквозных пазов во внешней оболочке 7.
Для проведения испытаний модель устанавливается в аэродинамической трубе на специальной державке, а внутри секторов ВЗУ размещаются приемники статического и полного давления в виде тонкостенных трубок, закрепленных на внутренней оболочке 7 и далее подведенных к стандартным датчикам давления. Изменение давления внутри проточной камеры, образованной внешней оболочкой 7 и ребристой обечайкой 4, при аэродинамических испытаниях в ходе определения дроссельных характеристик ВЗУ реализуется программируемым регулированием мерного критического сечения сопла, замыкающего внутреннюю оболочку 7 (на приведенных фигурах указанное сопло не показано).
Для определения дополнительного аэродинамического сопротивления, генерируемого проточным трактом после окончания работы ПВРД, приемники давления размещаются во входном сечении ВЗУ и на выходе из проточного тракта, а величина дополнительного аэродинамического сопротивления определяется по разности давлений в указанных сечениях их замера.
Использование предлагаемой модели ЛА с ВЗУ в ходе аэродинамических испытаний позволит эффективно проводить комплексные экспериментальные исследования разнообразных конфигураций ВЗУ туннельного типа на различных скоростных режимах с определением их дроссельных характеристик и выбором предпочтительных конфигураций.