Управление пограничным слоем

Суть управления пограничным слоем заключается в обеспечении безотрывного обтекания крыла в достаточно большом диапазоне углов атаки за счет увеличения энергии пограничного слоя. В этом смысле принцип работы управления пограничным слоем не отличается от принипа работы закрылков и предкрылков. Различие состоит лишь в величине энергии, сообщаемой пограничному слою.

Из различных способов управления пограничным слоем наибольшее распространение получил способ, основанный на выдуве через щель или систему щелей тонкой струи воздуха, вытекающей с большой скоростью тангенциально к поверхности крыла. Место выдува соответствует зоне наиболее вероятного появления отрыва потока, то есть в районе носка крыла и на "колене" закрылка. Управление пограничным слоем с помощью отсоса пограничного слоя применяется реже из за трудностей реализации. Эффективность сдува характеризуется безразмерным коэффициентом импульса выдуваемой струи.



где

- массовый расход воздуха в системе сдува.

V_c - скорость струи

- скоростной напор невозмущенного потока

S - площадь крыла.

Приращения коэффициента подьемной силы при управлении пограничным слоем в основном определяется двумя параметрами - величиной коэффициента импульса и углом отклонения закрылка .

Кривые имеют характерный излом, за которым интенсивность приращения резко уменьшается.



Точка излома определяет величину коэффициента импульса , при которой обеспечивается безотрывное обтекание профиля. Дальнейшее увеличение происходит за счет изменения циркуляции.

Представляет интерес определение величины коэффициента импульса , соответствующего собственно управлению пограничным слоем. В общем случае зависит не только от угла отклонения закрылка, но и от ширины щели, угла атаки и соотношения скоростей . Для приближенных расчетов можно воспользоваться следующей формулой:



При этом более высокие значения соответствуют большему значению относительной ширины щели s/b (s - ширина щели, b - хорда крыла)

Зная величину можно определить величину импульса , обеспечивающую при выбранной удельной нагрузке на крыло потребное значение c_y

Действительно



а



откуда



Связь между величиной импульса и параметрами воздуха, выдуваемого через щель, при условии изотропического расширения определяется следующим соотношением:



где

- отношение теплоемкостей (для воздуха 1,4)

R - газовая постоянная (29,27 м/К)

Т_д - абсолютная температура воздуха в канале, подводящим воздух к соплу в К

- давление воздуха в свободном потоке

- полное давление воздуха в канале перед соплом

- удельный вес воздуха (1,224 кгс/м³)

s_щ = sl - площадь щели в м²

Варьируя величиной давления в канале, а также пложадью щели можно получить потребную величину импульса при умеренных количествах воздуха, отбираемого от компрессора двигателя.

Следует учитывать, что выбор высокого давления воздуха в канале при большой скорости истечения является наивыгоднейшим путем достижения заданного значения импульса струи, так как это позволяет обойтись меньшим количеством воздуха, облегчает размещение трубопроводов в крыле, а также ведет к повышению эффективности сдува за счет увеличения отношения

Расчеты, а также результаты, полученные на реальных самолетах показывают, что за счет управления пограничным слоем можно получить значения коэффициента подьемной силы 5 - 6. Реализация столь высоких значений возможна при соответствующем повышении эффективности оперения, в частности за счет применения управления пограничным слоем на самом оперении.

Важной проблемой применения управление пограничным слоем является обеспечение равномерности выдува на левой и правой половинах крыла и оперения, в том числе и при отказах двигателей. Кроме того, управление прграничным слоем может быть использовано для улучшения летных характеристик на крейсерском режиме.

по материалам:
А.А. Бадягин С.М. Егер "Проектирование самолетов"