| |
на выходе из зоны горения (ГПВРД с камерами постоянного сечения при малой
степени теплоподвода и ГПВРД с расширяющейся камерой), или с сильными скачками
уплотнения перед зоной теплоподвода (ГПВРД со стабилизацией горения на
выступающих в поток плохообтекаемых телах или при любых способах стабилизации,
но при большой степени теплоподвода). Предельная степень теплоподвода в камере,
при которой перед ГПВРД появляется отошедшая ударная волна (или скачок
уплотнения) и изменяется режим течения воздуха на входе, зависит от формы
камеры сгорания (камера постоянного сечения, расширяющаяся или сужающаяся) и
режима полёта. Для расширения диапазона работы ГПВРД без отошедшей волны в
сторону меньших М{{?}} используется либо расширяющаяся камера, либо
комбинированная, состоящая из участка с постоянной площадью поперечного сечения,
в котором реализуется теплоподвод с торможением потока до звуковой скорости, и
расширяющегося участка, реализующего теплоподвод при М{{?}}1. Значительное
расширение диапазона работы ГПВРД может быть достигнуто применением так
называемых двухрежимных прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ДПВРД).
работающих в начальном диапазоне М{{?}} на режиме дозвукового горения, а при
больших М{{?}} — на режиме сверхзвукового горения, то есть при подводе теплоты
к сверхзвуковому потоку (рис. 3). Переход с одного режима на другой в
зависимости от конструкции ДПВРД может происходить автоматически или в
результате переключения поясов подачи топлива.
Идеальным термодинамическим циклом ГПВРД является так называем цикл Брайтона с
изменением процесса теплоподвода в зависимости от условий протекания процесса
сгорания в камере — изобарический процесс в расширяющейся камере и процесс с
ростом давления в камерах постоянного сечения и в сужающейся (рис. 4).
Действительная работа цикла ГПВРД зависит от скорости полёта, степени и условий
теплоподвода, степени торможения воздушного потока и уровня потерь в элементах
двигателя.
В ГПВРД могут использоваться жидкие, твёрдые и гибридные топлива. Наибольшая
эффективность (коэффициент полезного действия, тяга и т. п.) ГПВРД достигается
при гиперзвуковых скоростях полёта (отсюда название). Соответственно и
предполагаемая область применения ГПВРД; силовые установки гипёрзвукового
летательного аппарата и ракет различного назначения при полётах в атмосфере с
М{{?}} > 6.
Лит.: Зуев В. С., Макарон В. С., Теория прямоточных и ракетно-прямоточных
[авиационных] двигателей. М., 1971; Горение в сверхзвуковом потоке, Новосиб.,
1984; Курзинер Р. И., Реактивные двигатели для больших сверхзвуковых скоростей
полета. 2 изд., М., 1989.
Р. И. Курзинер.
Рис. 1. Схема ГПВРД внутреннего сгорания несимметричной формы: I —
воздухозаборник; II — камера сгорания; III — реактивное сопло.
Рис. 2. Схема ГПВРД внешнего сгорания на летательном аппарате несимметричной
формы: 1 — летательный аппарат; 2 — скачки уплотнения; 3 — подача топлива; 4 —
зона горения.
Рис. 3. Схема двухрежимного прямоточный воздушно-реактивного двигателя
несимметричной формы: I — камера сверхзвукового горения; II — камера
дозвукового горения; 1 — скачки уплотнения: 2—5 — пояса подачи топлива в камеру
на режиме сверхзвукового горения (2 и 3) и на режиме дозвукового горения (4 и
5); 6 — сечение «запирания» (М = 1 на режиме дозвукового горения).
Рис. 4. Идеальные циклы ГПВРД в p—V-Диаграмме (давление — удельный объём):
H—g—{{?}}—C—Н — цикл с камерой сгорания постоянного сечения; H—g—{{?}}'—С'—Н —
цикл с камерой сгорания постоянного давления; Н—g—Г"—С"—H — цикл с сужающейся
камерой сгорания.
гиперзвуковой самолет — самолёт, способный летать с гиперзвуковой скоростью.
Диапазон скоростей и высот полёта Г. с. занимает промежуточное положение между
диапазонами, освоенными сверхзвуковыми самолётами и космическими летательными
аппаратами. Идеи создания Г. с. высказывались с 50х гг. По назначению Г. с.
могут быть транспортными (перевозка пассажиров и грузов на дальние расстояния),
военными, а также самолетами-разгонщиками авиационных и воздушно-космических
систем (первыми ступенями составных летательных аппаратов, сообщающими
последующим ступеням часть требуемой скорости и другие начальные условия
полёта — высоту, параллакс и др.).
Силовая установка Г. с. должна быть комбинированной, то есть включать в общем
случае несколько типов двигателей: газотурбинные (турбореактивные двигатели,
турбореактивные двигатели с форсажной камерой и т. п.) и прямоточные
(прямоточный воздушно-реактивный двигатель, гиперзвуковой прямоточный
воздушно-реактивный двигатель) в различных комбинациях в зависимости от типа Г.
с. (например, с использованием турбореактивного двигателя в диапазоне Маха
чисел полёта 0 < M{{?}} < 3, прямоточный воздушно-реактивный двигатель — при 1,
5 < M{{?}} < 4—6, гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель — при
M{{?}} > 4—6). Аэродинамическая схема Г. с. должна обеспечивать высокие
аэродинамические характеристики, прежде всего при гиперзвуковых скоростях
полёта (несущий корпус, крыло малого удлинения и т. д.). Для Г. с. характерна
высокая степень интеграции планёра и силовой установки, например, использование
носовой части фюзеляжа как элемента воздухозаборника, а хвостовой части — как
элемента сопла. В качестве топлива для воздушно-реактивного двигателя Г. с.,
как правило, рассматривается жидкий водород (реже — другие криогенные топлива),
иногда в комбинации с керосином.
В зависимости от сочетания максимальной степени аэродинамического нагревания и
его продолжительности конструкция Г. с. может быть теплоизолированной, горячей
(см. Горячая конструкция), активно охлаждаемой (см. Охлаждаемая конструкция)
|
|