Главная -> Словарь

Сверхзвуковых скоростей

С возрастанием скорости и дальности полета летательных аппаратов с ВРД возрастают и требования, предъявляемые к качеству топлив. При сверхзвуковых скоростях наблюдается значительный аэродинамический нагрев летательного аппарата и топлива, находящегося на его борту. Кроме того, нагревание топлива может происходить в топливных насосах, топливо-масляных радиаторах и других агрегатах топливной системы самолета. Топлива для сверхзвуковых летательных аппаратов должны иметь повышенную тормоокислительную стабильность и теплотворную способность, не должны корродировать детали топливной системы при нагреве, должны быть достаточно тяжелыми .

Конструкция систем перекачки оказывает весьма большое влияние на прокачиваемость ракетных топлив и нефтепродуктов. Например, форма, длина, диаметр трубопроводов влияют на гидравлические потери напора; конструкция насосов, особенно всасывающих полостей, оказывает влияние на возникновение кавитации в топливной системе. Оборудование фильтров подогревательными устройствами улучшает фильтруемость топлив при низких температурах, оборудование топливной системы специальными изолируюш;ими экранами, уменьшаюш;ими нагрев топлива при сверхзвуковых скоростях полета , улучшает прокачиваемость топлив, поскольку уменьшается осадкообразование в топливах. Например, при создании двигателя для одног-о из транспортных гражданских самолетов обнаружилась ненормальная работа двигателя на стандартном топливе ТС-1 из-за повышенпого осадко-и смолообразования в области входов в форсунки. После того как установили специальную тепловую защиту, уменьшающую нагрев топлива, двигатель стал работать нормально.

Современные летательные аппараты с ВРД имеют скорость полета в 2,5 раза и более превышающую скорость звука . В летательных аппаратах со сверхзвуковой скоростью наблюдается образование в топливе осадков, так как в полете происходит значительный аэродинамической нагрев вследствие адиабатического сжатия воздуха перед летательным аппаратом. В этом «заторможенном потоке» за счет сжатия температура резко возрастает. Так, например, при скорости полета 3 М температура заторможенного потока воздуха на высоте 11 км будет ~330° С, а при скорости 4 М ^-^630° С. Вес топлива в реактивных летательных аппаратах составляет 45—55% от всего полетного веса. При небольших сверхзвуковых скоростях полета топливо используется для охлаждения масла, радарной установки, гидравлической системы, установки для кондиционирования воздуха и др. Поэтому топливо донолнхт-тельно нагревается. Установлено, что при скорости полета 2,8 М топливо в баке за 20 мин полета нагревается на 70°; за счет нагревания в подкачивающем насосе и в распределительных и регулирующих устройствах — еще па 56—70°. С учетом нагрева в теплообменнике и других агрегатах температура топлива перед форсунками может составить 200—250° С .

При сверхзвуковых скоростях полета происходит значительный аэродинамический нагрев летательного аппарата и находящегося на его борту топлива.

В современных ВРД топливо подводится в камеру сгорания в количествах от 200 до 8000 л/час под давлением 1,4—55,0 кг/см2, что определяется конструкцией и режимом работы двигателя. Величина тяги ВРД изменяется в зависимости от изменения количества подводимого топлива. При постоянном положении сектора газа расход топлива должен сохраняться постоянным при любых условиях как при полете на больших высотах на дозвуковых скоростях в условиях низких температур, так и при полете на сверхзвуковых скоростях в условиях значительного аэродинамического нагрева. На изменение расхода топлива при этом влияют следующие факторы:

летов при сверхзвуковых скоростях полета будет зависеть не только от разности температур, но и от коэффициента теплопроводности топлив и стенок топливных баков.

Возможность нагрева топливной системы и топлива до высоких температур при сверхзвуковых скоростях полета обусловливает особые требования к топливам. Топлива, предназначенные для полетов при сверхзвуковых скоростях, должны обладать высокой термической стабильностью и очень низким давлением насыщенных паров.

Воздушнореактивные авиационные двигатели делятся на две большие группы: бескомпрессорные и компрессорные. В бескомпрессорных двигателях воздух, входящий в зону горения, сжимается исключительно за счет скоростного напора набегающего потока воздуха при полете. Разновидностью этой системы являются прямоточные воздушнореактивные двигатели , принципиальная схема которых приведена на рис. 5. ПВРД эффективны и экономичны при сверхзвуковых скоростях. Взлет и разгон летательного аппарата с таким двигателем возможны при условии применения специальных устройств.

В соответствии с намечающимися температурными пределами нагрева топлива в полете при различных сверхзвуковых скоростях на установке CFR Fuel Coker были испытаны топлива при различных условиях с целью определения границы распада топлив. Эта граница характеризовалась температурой топлива на выходе из установки после испытания и температурой металла у выхода топлива. Температурные условия испытания ужесточались в зависимости от назначения топлива. В табл. 88 приведены результаты оценки границ распада различных топлив .

Для топливных насосных агрегатов современных самолетов, отличающихся малыми зазорами 'прецизионных пар и напряженным режимом работы, смазочной средой является перекачиваемое топливо. Вязкость реактивных топлив не может быть высокой, поскольку ею определяется их прокачиваемость при низких температурах и распыл в зоне сгорания. За счет тепла, выделяющегося при работе насоса, использования топлива в качестве охлаждающего агента, аэродинамического нагрева самолета при сверхзвуковых скоростях вязкость нагретого топлива падает и вместе с этим ухудшаются его смазывающие свойства. В этом случае возникает необходимость улучшения противоизносных

Температура топлива при применении в современных летательных аппаратах может колебаться в пределах от —60 до +250° С. При сверхзвуковых скоростях полета топливо нагревается, при дозвуковых охлаждается. Топливо зачастую выполняет вспомогательные функции, например, используется для охлаждения некоторых узлов двигателей. В этих условиях важное значение приобретают теплоемкость, теплопроводность и теплота испарения топлив.

Топливо в реактивных летательных аппаратах составляет 45— 55% от всего полетного веса и при небольших сверхзвуковых скоростях полета используется для охлаждения масла, радарной установки, гидравлической системы, установки для кондиционирования воздуха и др. Поэтому топливо дополнительно нагревается. Установлено, что при скорости полета 2,8 М топливо в баке за 20 мин полета нагревается на 70° С, за счет нагрева в подкачивающем насосе и в распределительных и регулирующих устройствах топливо еще нагревается на 65—70° С. С учетом нагрева в теплообменнике и других агрегатах температура топлива перед форсунками может достигать 200° С.

нии, авиации сверхзвуковых скоростей. По

В результате сверхзвуковых скоростей полета

В результате сверхзвуковых скоростей полета топливо может нагреваться до температуры 150—250° . Возникает проблема борьбы с твердыми нерастворимыми веществами., которые будут забивать фильтры, трубопроводы, зазоры трущихся деталей. Процесс выпадания твердых осадков, связанный с окислительным действием кислорода воздуха, растворенного в топливе, а также попадающего в топливные баки по мере их освобождения, усиливается за счет действия меди и ее сплавов, употребляемых в отдельных частях топливной системы двигателя - В спецификациях на реактивное топливо нет параметра термостабильности, но над разработкой соответствующего метода работают многие исследовательские организации и в СССР и за рубежом.

Существующие сорта реактивных топлив обладают недостаточна высокой термической стабильностью. При температуре выше 100°, возникающей при эксплуатации самолетов в условиях сверхзвуковых скоростей, эти топлива образуют нерастворимые осадки, которые, отлагаясь на фильтрах и деталях топливо-регулирующей аппаратуры, снижают надежность эксплуатации ВРД . Вопросы, относящиеся к повышению термической стабильности топлив в процессе их эксплуатации, являются весьма актуальными.

На основе углеродных волокон вместе с различными полимерными связующими получают углепластики — материалы, используемые в космонавтике, ракетостроении, авиации сверхзвуковых скоростей. По стойкости к тепловому старению, по влагостойкости углепластики значительно превосходят такие армирующие материалы как стекловолокно, стальные и керамические волокна. Удельная прочность углепластиков более, чем в 2 раза, а удельный модуль Юнга почти в 4-5 раз выше, чем у

, Для больших сверхзвуковых скоростей полета применяют прямоточные воздушно-реактивные двигатели и их комбинации с компрес-, сорными воздушно-реактивными двигателями. В прямоточных двигателях воздух при торможении сжимается и затем под давлением поступает в камеры сгорания . В камеры сгорания через форсунки подается топливо, которое распыливается, испаряется, смешивается с воздухом, воспламеняется и сгорает. Продукты сгорания вытекают из сопла, создавая реактивную тягу. Перед поступлением в камеры сгорания воздух необходимо сжать в 2—3 раза, что осуществимо только при значительной сверхзвуковой скорости полета . Таким образом, прямоточные двигатели предназначены только для больших сверхзвуковых скоростей.

3) топлива для сверхзвуковых скоростей полетов утяжеленного фракционного состава с низким давлением паров и высокой термической стабильностью.

27. ТОПЛИВА ДЛЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЕЙ ПОЛЕТОВ

Для сверхзвуковых скоростей полета приводятся следующие температуры нагрева самолета: при М = 2 до 120° С и при М = 3 до 300° С.

Таким образом, для высотных сверхзвуковых скоростей полета необходимо специальное топливо с очень низким давлением паров.

СОРТА РЕАКТИВНЫХ ТОПЛИВ ДЛЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЕЙ ПОЛЕТОВ

27. Топлива для сверхзвуковых скоростей полетов.......... 149