Отключить - Unstart - Wikipedia

Визуализация потока Шлирена показывает отключение осесимметричного впуска на скорости 2 Маха. Нестартовая структура амортизатора очевидна слева, а началось впускание - справа.

В сверхзвуковая аэродинамика, отключить относится к обычно сильному разрушению сверхзвукового воздушного потока. Явление возникает при массовый расход значительно изменяется внутри воздуховода. Предотвращение срыва двигателя является ключевой задачей при проектировании воздухозаборников двигателя (воздухозаборников США). сверхзвуковой самолет который крейсерский на скоростях M2.2 +.

Этимология

Термин возник во время использования ранних сверхзвуковые аэродинамические трубы. «Запуск» сверхзвуковой аэродинамической трубы - это процесс, при котором воздух становится сверхзвуковым; отключить аэродинамической трубы - обратный процесс.[1] В ударные волны которые развиваются во время процесса запуска или отключения, могут быть визуализированы с помощью Schlieren или же теневой график оптическая техника.

В воздухозаборниках авиационных двигателей

Конструкцию некоторых воздухозаборников для сверхзвуковых самолетов можно сравнить с конструкцией сверхзвуковых аэродинамических труб, и она требует тщательного анализа, чтобы избежать срывов.[2] На высоких сверхзвуковых скоростях (обычно между Мах 2–3) воздухозаборники с внутренним сжатием рассчитаны на сверхзвуковой поток после плоскости захвата воздухозаборника. Если массовый расход через плоскость захвата впуска не совпадает с массовым расходом на выходе из двигателя, впуск отключается. Это может вызвать резкую временную потерю контроля до возобновления приема.[3]

Немногие самолеты, хотя многие ракеты с прямоточными воздушно-реактивными двигателями, летали с воздухозаборником, в котором происходит сверхзвуковое сжатие внутри воздухозаборника. Эти воздухозаборники, известные как воздухозаборники со смешанным сжатием, имеют преимущества для самолетов, летящих со скоростью 2,2 Маха и выше.[4] Большинство сверхзвуковых воздухозаборников сжимают воздух снаружи, поэтому не запускаются и, следовательно, не имеют режима снятия с пуска. Воздухозаборники смешанного типа имеют начальное сверхзвуковое сжатие снаружи, а остальное внутри воздуховода. Например, воздухозаборники на Б-70 Валькирия имел степень внешнего сжатия (cr) при M3 3,5 и внутреннюю cr около 6,6,[5] с последующей дозвуковой диффузией. В Локхид SR-71 Блэкберд и XB-70 Валькирия получил широкую огласку[6][7] отключение поведения. Другие самолеты, которые летали с внутренним сжатием, включают Воут F-8 Крестоносец III, SSM-N-9 Регулус II крылатая ракета[8] и Б-1 Лансер.[9]

Рассмотрено частичное внутреннее сжатие Конкорд (Комитет сверхзвуковых транспортных самолетов в 1959 году рекомендовал SST для крейсерского полета на скорости 2,2 Маха.[10]), но «внешняя конфигурация была выбрана из-за присущей устойчивости его ударной системы, у нее не было режима отключения».[11] Даже несмотря на то, что было некоторое внутреннее сжатие, прекращенное нормальным скачком уплотнения, локальным в отводной щели пограничного слоя рампы внутри всасывающего отверстия,[12] воздухозаборник был аэродинамически самокомпенсирующимся, без каких-либо следов проблем с пуском[13]. В начале разработки Б-1 Лансер его смешанный внешний / внутренний воздухозаборник был изменен на внешний, технически более безопасный, но с небольшим компромиссом в крейсерской скорости.[14] Впоследствии были установлены фиксированные воздухозаборники для уменьшения сложности, веса и стоимости.[15]

Работы 1940-х годов, например Осватича,[16] показали, что сверхзвуковое сжатие внутри воздуховода, известное как сверхзвуковой диффузор, становится необходимым в M2-3 для увеличения восстановления давления по сравнению с тем, которое можно получить с помощью внешнего сжатия. При сверхзвуковом увеличении скорости полета ударная система изначально является внешней. Для SR-71 это было примерно от M1.6 до M1.8.[17] и M2 для XB-70.[18] Считается, что прием не начался. Дальнейшее увеличение скорости приводит к возникновению сверхзвуковой скорости внутри канала с плоским ударом около горловины. Считается, что прием начался. Возмущения вверх или вниз по потоку, такие как порывы / градиенты атмосферной температуры и изменения воздушного потока двигателя, как преднамеренные, так и непреднамеренные (из-за помпажа), как правило, вызывают почти мгновенное исчезновение толчка. Изгнание ударной волны, известное как отключение от пуска, вызывает все сверхзвуковое сжатие, происходящее извне через один плоский удар. Воздухозаборник изменился за доли секунды с его наиболее эффективной конфигурации, при которой большая часть его сверхзвукового сжатия происходит внутри воздуховода, до наименее эффективного, о чем свидетельствует большая потеря восстановления давления, с примерно 80% до примерно 20% при скоростях полета M3. .[19] Наблюдается большое падение давления на впуске и потеря тяги вместе с временной потерей управления самолетом.

Не следует путать с отключением двигателя с его большой потерей давления в воздуховоде избыточное давление в воздуховоде, возникающее в результате удара молотком.[20]На скоростях ниже начальной скорости впуска или на самолетах с воздухозаборниками внешнего сжатия происходит помпаж двигателя или остановка компрессора может вызвать удар молотком. При превышении начальной скорости впуска отключение двигателя может вызвать срыв в зависимости от сложности конструкции систем впуска.[21]. Удары молота повредили воздухозаборники. Например, Североамериканский F-107 во время полета на большой скорости произошла помпаж двигателя, из-за которого погнулись впускные аппарели. В Конкорд во время опытно-конструкторских летных испытаний получил значительные повреждения одной гондолы из-за помпажа обоих двигателей.[22]

Преднамеренный

Когда SR-71 не запускался, очень большое сопротивление неработавшей гондолы приводило к сильному крену / рысканию. Самолет имел процедуру автоматического перезапуска, которая уравновешивала сопротивление за счет отключения другого воздухозаборника. Этот воздухозаборник обладал собственным огромным сопротивлением, когда шип был полностью выдвинут вперед, чтобы улавливать ударную волну перед воздухозаборником.[23]

Избегание

Снижение скорости с M3 потребовало уменьшения тяги, что могло вывести из строя воздухозаборник с уменьшенным потоком воздуха в двигателе. В процедуре спуска SR-71 использовались перепускные потоки для обеспечения запаса на пуск при уменьшении расхода двигателя.

Снижение тяги на XB-70 было достигнуто за счет поддержания стабильного потока двигателя на 100% об / мин даже при выборе холостого хода с помощью дроссельной заслонки. Это было известно как «блокировка оборотов», и тяга была уменьшена за счет увеличения площади сопла. Скорость компрессора поддерживалась до тех пор, пока самолет не снизился до М1,5.[7]

Теоретические основы

Используя более теоретическое определение, unstart - это сверхзвуковой явление засорения, которое возникает в воздуховодах с массовым расходом на входе, превышающим массовый расход на выходе. Неустойчивый поток возникает, поскольку несоответствие массового расхода не может постепенно распространяться вверх по потоку, в отличие от дозвуковой поток. Вместо этого в сверхзвуковом потоке рассогласование переносится вперед за «нормальной» или конечной ударной волной, которая резко заставляет поток газа становиться дозвуковым. Возникающая в результате нормальная ударная волна затем распространяется вверх по потоку с эффективной акустической скоростью до тех пор, пока рассогласование потока не достигнет равновесия.

Есть и другие способы осмысления отключения от запуска, которые могут быть полезны. В качестве альтернативы отключение можно рассматривать с точки зрения уменьшения давление застоя внутри сверхзвукового канала; при этом давление торможения выше по потоку больше, чем давление торможения ниже по потоку. Отключение также является результатом уменьшения размера горловины в сверхзвуковых каналах. То есть входное горло больше диффузионного. Это изменение размера горловины приводит к уменьшению массового расхода, который определяет отключение.[24]

Реакция удушья при отключении двигателя приводит к образованию ударная волна внутри воздуховода.

Шок, нестабильность или шум

При определенных условиях ударная волна спереди или внутри канала может быть нестабильной и колебаться вверх и вниз по потоку. Это явление известно как гул.[25] Более сильные ударные волны, взаимодействующие с жидкостью с низким импульсом или пограничным слоем, имеют тенденцию быть неустойчивыми и вызывать шум. Условия шума могут вызвать структурная динамика -индуцированный отказ, если при проектировании не предусмотрены соответствующие запасы.

Рекомендации

  1. ^ Липманн, Х.В. И Рошко А. (1957). «Поток в воздуховодах и аэродинамических трубах». Элементы газодинамики. Джон Вили. ISBN  978-0-471-53460-0.
  2. ^ «Активный входной контроль». www.grc.nasa.gov.
  3. ^ Барнс, Т. Д. "Blackbird Unstart по проекту ЦРУ A-12 Фрэнк Мюррей". roadrunnersinternationale.com.
  4. ^ Гэри Л. Коул; Джордж Х. Найнер; Майлз О. Дастин. «Оценка реакции воздухозаборника YF-12 на внутренние возмущения воздушного потока с контролем и без управления в аэродинамической трубе» (PDF). Центр исследований Льюиса. п. 157. Получено 26 июн 2017.
  5. ^ Заключительный отчет об исследовании самолета B-70 Том IV SD 72-SH-0003, апрель 1972 г., Л. Дж. Таубе, Космический отдел, Североамериканский Роквелл, стр. IV-8
  6. ^ "SR-71 раскрыл внутреннюю историю", Ричард Х. Грэм, 1996 г., Zenith Press, ISBN  978-0-7603-0122-7, стр. 56-60
  7. ^ а б "Валькирия" Дженкинс и Лэндис 2004, специализированная пресса, ISBN  1-58007-072-8, стр.136-137,144
  8. ^ «Реактивное движение для аэрокосмических приложений», второе издание, Hesse & Mumford, 1964, Pitman Publishing Corporation, Номер в каталоге Библиотеки Конгресса: 64-18757, стр.124-125
  9. ^ "Дизайн для воздушного боя" Рэй Уитфорд, 1987 г., Jane's Publishing Company Limited, ISBN  0 7106 0426 2, стр.132
  10. ^ Эволюция авиалайнера "Рэй Уитфорд 2007, The Crowood Press, ISBN  978 1 86126 870 9, стр.172
  11. ^ "Проектирование и разработка воздухозаборника для сверхзвукового транспортного самолета" Rettie & Lewis, Journal of Aircraft, том 5, ноябрь – декабрь 1968 г., номер 6, стр. 514
  12. ^ «Впускная аэродинамика», второе издание, 1999 г., Седдон и Голдсмит, Образовательная серия AIAA, ISBN  0-632-04963-4, стр.299
  13. ^ "Конкорд | 1969 | 0419 | Полетный архив". Flightglobal.com. 1967. Получено 2017-06-26.
  14. ^ "1974 | 2118 | Летный архив". Flightglobal.com. Получено 2017-06-26.
  15. ^ "Дизайн для воздушного боя" Рэй Уитфорд, 1987 г., Jane's Publishing Company Limited, ISBN  0 7106 0426 2, стр.119
  16. ^ Kl. Осватич. «Восстановление давления для ракет с реактивным движением на высоких сверхзвуковых скоростях» (PDF). НАСА. Получено 2017-06-26.
  17. ^ "Полет на SR-71 Blackbird" полковник Ричард Х. Грэм, ВВС США (в отставке) 2008, Zenith Press, ISBN  978-0-7603-3239-9, стр.170
  18. ^ «КОНФЕРЕНЦИЯ ПО АЭРОДИНАМИКЕ САМОЛЕТОВ» (PDF). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Май 1966. С. 191, рис. 2.. Получено 26 июн 2017.
  19. ^ Дж. Томас Андерсон (19 августа 2013 г.). "Как работают сверхзвуковые воздухозаборники" (PDF). Lockheed Martin Corporation. Историческое общество авиационных двигателей. п. Рис 22. Архивировано из оригинал (PDF) 9 мая 2016 г.. Получено 26 июн 2017.
  20. ^ Хамстра, Джеффри В .; МакКаллум, Брент Н. (26 июня 2017 г.). «Аэродинамическая интеграция тактического самолета». Энциклопедия аэрокосмической техники. John Wiley & Sons, Ltd. Дои:10.1002 / 9780470686652.eae490. ISBN  9780470754405.
  21. ^ Mitchell, Glenn A .; Сандерс, Бобби В. (июнь 1970 г.). «Увеличение стабильного рабочего диапазона воздухозаборника со скоростью 2,5 Маха». НТРС. НАСА. Получено 28 апреля 2018.
  22. ^ "Concorde A Designer's Life: Путешествие к скорости 2" Тед Тэлбот 2013, The History Press, ISBN  978 0 7524 8928 5. Плита 17-19
  23. ^ "Полет на SR-71 Blackbird" полковник Ричард Х. Грэм, ВВС США (в отставке) 2008, Zenith Press, ISBN  978-0-7603-3239-9, стр.141
  24. ^ Андерсон, Джон Д. (2009). Основы аэродинамики (5-е изд.). Макгроу-Хилл. ISBN  978-0-07-339810-5.
  25. ^ Седдон, Джон (1985). Впускная аэродинамика. Кент, Великобритания: профессиональные и технические книги Коллинза. п. 268. ISBN  978-0-930403-03-4.