ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области авиации, в частности, к входным устройствам ГТД.
В настоящее время на боевых самолетах применяются в основном примыкающие и подфюзеляжные входные устройства (далее ВУ) с входным сечением прямоугольной формы (прототип) (Нечаев Ю.Н. Теория авиационных двигателей: Учеб. Пособие / Ю.Н.Нечаев М: ВВИА, 1990. - 704 с.). Недостатком таких входных устройств, особенно со скосом входного сечения к поверхности аэродрома (МиГ-29, Су-27), является интенсивное вихреобразование, и как следствие, большое количество досрочно снятых двигателей по причине попадания посторонних предметов с поверхности аэродрома в газовоздушный тракт.
Задача предложенной полезной модели - снизить интенсивность вихревых шнуров, возникающих между воздухозаборниками авиационных ГТД и поверхностью аэродрома.
Для решения этой задачи предложен воздухозаборник, имеющий входное сечение треугольной формы, расположенное одной из вершин к поверхности аэродрома (фиг.1).
Известно, что интенсивность вихревого течения определяется величиной максимальной горизонтальной скорости у поверхности аэродрома , которая зависит от геометрической формы плоскости входного сечения ВУ, расхода воздуха через ВУ, высоты расположения его над поверхностью аэродрома:
где:
вх
А - коэффициент, учитывающий форму ВУ;
в
G - расход воздуха через воздухозаборник;
Н - высота расположения оси воздухозаборника от поверхности раздела сред, м;
- относительная высота расположения оси воздухозаборника над поверхностью раздела сред, м;
экв
D - эквивалентный диаметр, определяемый по площади входного сечения ВУ, м.
Были проведены экспериментальные исследования по определению влияния формы входного сечения воздухозаборника на индуцируемую его работой максимальную горизонтальную скорость течения у поверхности экрана. На специальной установке исследовались модели входных устройств различных типов (прямоугольный, круглый, полукруглый, ковшового типа, трапециевидный и т.д.). Некоторые результаты экспериментов приведены на фиг.2.
Площадь входного сечения одинакова для всех моделей ВУ. Высота расположения Н измерялась от поверхности экрана до геометрического центра входного сечения (у прямоугольного на пресечении диагоналей, у треугольного на пересечении медиан). Для прямоугольного ВУ исследовалось влияние отношения величины боковой кромки к нижней. Влияние угла наклона входного сечения α исследовалось для квадратного ВУ. В трапециевидном ВУ исследовалось влияние угла наклона боковой кромки β.
В результате экспериментальных исследований было установлено, что все ВУ, имеющие симметричное относительно горизонтальной оси входное сечение, индуцируют вихри примерно одинаковой интенсивности (фиг.2а). ВУ со скосом вверх имеют небольшое вихреобразование (фиг.2б), но они имеют плохие аэродинамические характеристики. Установка на самолет ВУ с входным сечением треугольной формы позволяет до двух раз снизить интенсивность вихреобразования (фиг.2в), при этом аэродинамические характеристики изменяются незначительно. Кроме того, при установке ВУ под фюзеляжем, при одинаковой площади входного сечения, за счет геометрических особенностей высота расположения стока над поверхностью аэродрома Н треугольного ВУ больше, чем у любого другого (фиг.3).
На фиг.1 изображена схема входного устройства с треугольным входным сечением. На фиг.2 представлены зависимости максимальной горизонтальной скорости от относительной высоты расположения воздухозаборника: а - при изменении отношения величины боковой кромки к нижней  для прямоугольного ВУ; б - при изменении угла скоса α для квадратного ВУ; в - при изменении угла наклона боковой кромки β для трапециевидного ВУ. На фиг.3 изображена схема подфюзеляжного расположения треугольного и прямоугольного ВУ.
Входное устройство газотурбинного двигателя содержит: канал подвода воздуха к двигателю 1, входное сечение которого имеет треугольную форму 2.
Входное устройство работает следующим образом.
При больших расходах воздуха и низком расположении входного сечения воздухозаборника воздушные массы, втекающие в двигатель, индуцируют на поверхности аэродрома пристенное течение, которое,
стекаясь к эпицентру, поднимается вверх в воздухозаборник, образуя течение подобное стоку. При воздействии на это течение механической или ветровой неравномерности сток превращается в вихресток. Таким образом, для проведения сравнительной оценки различных самолетных компоновочных схем (форма и расположение ВУ на самолете) по интенсивности и вероятности возникающих вихревых шнуров, достаточно выбрать параметр, характеризующий пристенное течение, создаваемое работающим двигателем. Таким параметром может служить величина максимальной горизонтальной скорости создаваемого по экрану течения. Снижение максимальной горизонтальной скорости под треугольным ВУ можно объяснить неравномерностью засасывания масс воздуха с нижней и верхней полусферы. То есть чем меньше нижняя площадь сечения ВУ по сравнению с верхней, относительно горизонтальной линии проведенной через геометрический центр, тем меньшее количество воздуха засасывается с нижней полусферы, соответственно ниже скорость  у поверхности аэродрома, следовательно, ниже интенсивность вихревых течений.