
Комп'ютерна модель повітрозабірника і вентилятора, оптимізованого для втягування прикордонного повітряного шару
UTRC
NASA і американський дослідний центр UTRC найближчим часом почнуть продувальні випробування вентилятора, розрахованого на всмоктування повітряного прикордонного шару. як пише Aviation Week , Такий вентилятор буде встановлюватися на нові турбовентиляторні двигуни для перспективних пасажирських і військових літаків. Продувальні випробування нового всмоктуючого пристрою для силових установок будуть проводитися в аеродинамічній трубі Дослідницького центру імені Гленна.
На сучасних пасажирських і деяких військових літаках використовуються дозвукові турбовентиляторні двигуни. У крейсерському режимі польоту в силових установках такого типу більшу частину тяги створює повітряний потік, що утворюється вентилятором. Якщо говорити спрощено, то чим більше вентилятор, тим вище його внесок в створення тяги двигуна. Однак просте збільшення діаметра вентилятора веде до виникнення іншої проблеми - істотного лобового опору в польоті.
У польоті набігає повітря дещо гальмується вентилятором, а потім вже затягується в двигун. Таке гальмування призводить до часткової втрати ефективності силової установки. Для дотримання балансу між подачею повітря в двигун і його гальмуванням на вході лопаток вентилятора надають особливу форму. Зазвичай вони мають вигляд шабель з нерівномірним вигином для оптимізації повітряного потоку по всій довжині (докладніше про вентилятори і турбовентиляторних двигунах можна почитати в нашому матеріалі ).
В якості одного із способів зменшення лобового опору турбовентиляторного двигуна розробники бачать його «утапливание» в корпус літака. В цьому випадку силова установка отримає щілинний трохи виступає над поверхнею фюзеляжу літака повітрозабірник. Таке рішення, за попередніми розрахунками, істотно знизить загальне лобове опір літального апарату і дозволить підвищити паливну ефективність щонайменше на вісім відсотків.
Однак неможливо взяти один з існуючих двигунів і «втопити» його в корпусі літака, тому що це призведе до істотного падіння потужності силової установки і підвищення витрати палива. Справа в тому, що вентилятори на всіх без винятку турбовентиляторних двигунах налаштовані на роботу з набігаючим вільним потоком повітря. Але вентилятору «утопленого» в фюзеляж двигуна доведеться втягувати прикордонний повітряний шар з ламінарним повільною течією.
Прикордонним повітряним шаром називають тонкий шар на поверхні літального апарату, що характеризується сильним градієнтом швидкості від нуля до швидкості потоку поза прикордонним шаром. Вентилятор, налаштований на прямий приплив повітря, в «втопленою» конфігурації буде створювати на вході сильний перепад тиску, що в свою чергу буде порушувати ламінарний плин повітря по фюзеляжу перед повітрозабірником і після нього. Частково цю проблему можна вирішити зменшенням глибини повітрозабірника.
Для нормальної роботи двигуна в умовах, коли на вхід подається повітря з прикордонного шару, необхідно також змінити конфігурацію лопаток вентилятора. Лопатки типового вентилятора турбовентиляторного двигуна мають кут атаки 27 градусів. Розробники провели серію обчислень і комп'ютерне моделювання, за підсумками яких прийшли до висновку, що оптимальним кутом атаки лопаток вентилятора, оптимізованого для втягування прикордонного шару, є 17 градусів.
Випробування вентилятора, оптимізованого для втягування прикордонного повітряного шару, будуть проводитися в аеродинамічній трубі на імітованої швидкості польоту в 0,8 числа Маха (988 кілометрів на годину). Як очікується, установка такого вентилятора на звичайний турбовентиляторний двигун, «втоплений» в фюзеляжі, дасть приріст паливної ефективності 4,5 відсотка. Збільшення ще в 3,5 процентних пункту розробники мають намір домогтися зміною конфігурації лопаток вентилятора.
В середині жовтня американська компанія Lockheed Martin приступила до формування концепції перспективного літака-заправника KC-Z. У ньому особливу увагу планується приділити малозаметности. Для її зниження компанія планує оснастити танкери «утопленими» в фюзеляж двигунами, повітрозабірники яких будуть прикриті від радарів гаргротом. За політ KC-Z відповідатимуть турбовентиляторні двигуни з вентиляторами, оптимізованими для втягування прикордонного повітряного шару.
Василь Сичов