Высотность топливной системы с выключенными ПНЛ. Минимальное потребное давление на входе в ПНД. Гидравлические сопротивления. Высотность топливной системы с работающими ПНЛ

Расчетная схема определения высотности топливной системы с выключенными ПНЛ

1-заборник воздуха из атмосферы; 2-бак;

3-неработающий пнл; 4-пнд

Высотностью топливной системы называется наибольшая высота полета летательного аппарата, до которой обеспечивается бес­перебойная потребная подача топлива к двигателям. Большая вы­сота полета отражается на работе агрегатов топливной системы вследствие кавитационных явлений. Применение ПНЛ позволяет получить достаточное давление на входе в ПНД и необходимую высотность топлив­ной системы, но при отказе (выключении) ПНЛ высотность будет низкой.

Питание двигателей топливом при выключенных ПНЛ долж­но происходить бесперебойно для дозвуковых летательных аппа­ратов на режимах работы двигателей от малого газа до взлетного на высотах до 2000, а от малого газа до крейсерского до 8000 м.

Рассмотрим простейшую топливную систему в виде заборной магистрали с выключенными ПНЛ (рис. 64). Составим для сече­ний Б—Б и Д—Д уравнение Бернулли:

Рн + Δризб + Y_Б γ_т + γ_тV²_Б / 2g = Р _{ВХ Д} + Y_Д γ_т + γ_тV²_Д / 2g + Δрг+ Δри

Рн — атмосферное давление;

V_Б — скорость опускания уровня топлива в баке, которой по малости можно пренебречь.

Решая уравнение (68) относительно Рн и исходя из того, что наибольшая высота полета соответствует минимальному значению давления Рн при которое при прочих равных условиях будет при минимальном потребном давлении Рвх д min получим

Р _H min = Рвх д min+ Δрг + γ_тV²_Д / 2g + Δри + (Y_Б - Y_Д) γ_т - Δризб

В формуле (69) все слагаемые представляют собой давления, выраженные в ньютонах на квадратный метр.

Зная Р _H min по таблицам стандартной атмосферы (приложение 2), можно определить высотность топливной системы. Такое решение задачи соответствует проверочному расчету. При проектировоч­ном расчете необходимая высота полета и соответствующее дав­ление Р _H известны. Тогда уравнение (69) должно быть решено отно­сительно необходимого давления на входе в ПНД.

Из рассмотрения уравнения (69) можно установить, что на вы­сотность топливной системы при выключенных ПНЛ влияют сле­дующие факторы:

минимальное потребное давление на входе в ПНД;

гидравлические сопротивления;

инерционные потери давления;

взаимное расположение бака и ПНД;

избыточное давление в баке.

Минимальное потребное давление на входе в ПНД определя­ется условием бескавитационной работы по формуле (40) и зависит от давления насыщенных паров P t 4/1 и минимального потребного навигационного запаса давления ΔРкав min Применение топлив с высокими давлениями насыщенных паров и выбор ПНД с большим потребным кавитационным запасом давления приводят к низкой высотности. Поэтому для уменьшения потребного давления на входе в ПНД желательно располагать топливом с низким давле­нием насыщенных паров, предохранять топливо от нагрева в баках и магистралях, выбирать ПНД с малым потребным кавитационным запасом давления.

Гидравлические сопротивления при достаточно больших ско­ростях течения топлива снижают высотность. Их определяют по формуле (24). При выключенных ПНЛ в величину гидравлических сопротивлений магистрали необходимо включить дополнительное сопротивление, возникающее при протекании топлива через ПНЛ,

ΔРг _ПНЛ = аW²

Значение коэффициента а зависит от конструкции ПНЛ. Ориен­тировочно можно принять, что а = 1,2 10⁹ н сек²/м ⁸.

Для уменьшения гидравлических сопротивлений рекомендует­ся: применять топлива с малой вязкостью, устанавливать на участ­ке заборной магистрали от бака до ПНД как можно меньше агре­гатов, прокладывать трубопроводы минимальной длины и с большими радиусами поворота, применять ПНЛ с кольцевым обратным клапаном на входе, снижающим гидравлические сопротивления питающего ПНЛ.

Инерционныепотери давления при расчете высотности не учитывают. Рассматривают установившийся полет без ускорений. Если ПНЛ не работают, то экипаж обязан согласно руководствам по летной эксплуатации пилотировать летательный аппарат, не создавая ускорений. Взаимное расположениебака и ПНД на современных ЛА мало влияет на высотность топливной системы. Условия компоновки летательного аппарата приводят к небольшим повышениям или принижениям бака над ПНД.

Избыточное давление в баке способствует повышению высотности топливной системы. Допустимая величина избыточного давления ограничена прочностью бака и у дозвуковых летательных аппаратов обычно не превышает 30 кН/м².

Для определения высотности по формуле (69) удобнее предста­ть ее в виде

р _{Н min} = р _{t 4/1} + Δ р_{кав Д min} - γ_Т (Y _Б - Y _А) + Δ р _Изб + (c²k²_маг γ_Т + а)W² =

= А₂ + В₂W² (70)

где А₂ — величина, не зависящая от расхода топлива;

В₂ — коэффициент при W², зависящий от расхода топлива. Величины А₂ и В₂ определяют по формулам: k²_маг

А₂= р _{t 4/1} + Δ р_{кав Д min} - γ_Т (Y _Б - Y _А) + Δ р _Изб

В₂= c²k²_маг γ_Т + а

(72)

Так как уравнение (70) учитывает необходимое минимальное печение давления на входе в ПНД по условию бескавитационной работы, его можно назвать уравнением допустимого расхода топлива по условию бескавитационной работы с выключенными ПНЛ.

В уравнении (70) два неизвестных: р _{Н min} и W. Задача решается графоаналитическим способом с использованием второго уравнения в виде зависимости потребного расхода топлива от высоты полета. Принимаем в данном случае, что расход топлива от земли до высоты 2000 м соответствует взлетному режиму полета, а свыше 2000 м — крейсерскому (см. рис. 56, кривая абдв). На рис. 65 приведена кривая 1 -2 изменения потребного расхода топлива W от высоты по­чта при подаче его по автономной заборной магистрали. Кривая 4 соответствует уравнению (70) и показывает допустимый расход топлива Wдоп по условию бескавитационной работы топливной системы. Рабочая точка, образованная пересечением кривых 1 — 2 и 4, указывает высотность топливной системы Н₁.

Порядок расчета аналогичен вышеизложенному и состоит в следующем. Задаются несколькими значениями расхода топлива в области средних высот полета и определяют числа Рейнольдса, затем — коэффициенты сопротивлении от трения λ, эквивалент­ный ξ и приведенный k коэффициенты гидравлических сопротив­лений. Принимая вначале, что Δризб = 0, по формуле (71) подсчи­тывают величину A2, а по формуле (72) —значение В2. Это дает возможность по формуле (70) найти для ряда принятых значений Wдв величины P _{H min}

При помощи таблиц стандартной атмосферы или кривой 3, связывающей давление воздуха и высоту полета по стандартной атмосфере, строят кривую 4 допустимого расхода топлива по ус­ловию бескавитационной работы ПНД.

Рис. 65. Определение высотности топливной системы с выключенными ПНЛ

Если высотность H1 окажется ниже 8000 м, необходимо создать избыточное давление в баке. Величина потребного избыточного давления составляет

Δризб = P_H1 - P₈₀₀₀,

где P_{H1 и} P₈₀₀₀— давления воздуха по стандартной атмосфере на высотах Н1 и 8000 м.

Дата добавления: 2014-01-04