Řízení vektoru tahu (UVT) proudového motoru je odchylka proudového proudu motoru od směru odpovídajícímu cestovnímu režimu.
Řízení vektoru tahu je v současnosti zajišťováno především otáčením celé trysky nebo její části.
První experimenty související s praktickou implementací proměnného vektoru tahu na letadlech se datují do roku 1957 a byly provedeny ve Velké Británii jako součást programu na vytvoření bojového letounu s vertikálním startem a přistáním . Prototyp označený R.1127 byl vybaven dvěma 90° otočnými tryskami umístěnými po stranách letounu na těžišti, které zajišťovaly pohyb ve vertikálním, přechodném a horizontálním režimu letu. První let R.1127 se uskutečnil v roce 1960 a v roce 1967 na jeho základě vznikl první sériový letoun Harrier VTOL .
Významným krokem kupředu ve vývoji motorů s proměnným vektorem tahu v rámci programů VTOL bylo v roce 1987 vytvoření sovětského nadzvukového VTOL Jak-141 . Hlavním poznávacím znakem tohoto letounu byla přítomnost tří motorů: dvou zvedacích a jednoho zvedacího uprostřed letu s rotační tryskou umístěnou mezi ocasními rameny. Třídílná konstrukce trysky hlavního zdvihového motoru umožňovala sklopení z vodorovné polohy o 95°.
Rozšíření manévrovacích vlastnostíUž během prací na R.1127 si zkoušející všimli, že použití vychylovacího vektoru tahu za letu poněkud usnadňuje manévrování letounu. Vzhledem k nedostatečné úrovni rozvoje technologií a prioritě programů VTOL se však seriózní práce v oblasti zvyšování manévrovatelnosti díky OBT prováděly až koncem 80. let.
V roce 1988 byl na bázi stíhačky F-15 B vytvořen experimentální letoun s motory s plochými tryskami a odchylkou vektoru tahu ve vertikální rovině. Výsledky zkušebních letů ukázaly vysokou účinnost OBT pro zlepšení ovladatelnosti letounu při středních a vysokých úhlech náběhu .
Přibližně ve stejné době byl v Sovětském svazu vyvinut motor s osově symetrickým vychylováním trysky kruhového průřezu , na kterém se pracovalo souběžně s prací na ploché trysce s průhybem ve svislé rovině. Vzhledem k tomu, že instalace ploché trysky na proudový motor je spojena se ztrátou 10-15% tahu, byla dána přednost kulaté trysce s osově symetrickou výchylkou a v roce 1989 se uskutečnil první let stíhačky Su-27 s výchylkou. proběhl experimentální motor.
Schéma s vychylováním proudění v podzvukové části je charakterizováno shodou úhlu mechanického vychýlení s dynamickým úhlem plynu. U schématu s odchylkou pouze v nadzvukové části se plynodynamický úhel liší od mechanického.
Konstrukce okruhu trysek znázorněná na Obr. la , musí mít přídavnou sestavu, která zajišťuje vychýlení trysky jako celku. Schéma trysky s vychylováním proudění pouze v nadzvukové části na Obr. 1b ve skutečnosti nemá žádné speciální prvky pro zajištění odchylky vektoru tahu. Rozdíly ve fungování těchto dvou schémat jsou vyjádřeny ve skutečnosti, že pro zajištění stejného efektivního úhlu vychýlení vektoru tahu vyžaduje schéma s vychýlením v nadzvukové části velké ovládací momenty .
Prezentovaná schémata také vyžadují řešení problémů zajištění přijatelných hmotnostních a rozměrových charakteristik, spolehlivosti , zdrojů a rychlosti.
Existují dvě schémata řízení vektoru tahu:
Vysoce účinné vektorové řízení tahu lze dosáhnout pomocí plynového dynamického vektorového řízení tahu ( GUVT ) díky asymetrickému přívodu řídicího vzduchu do dráhy trysky .
Plynová dynamická tryska využívá techniku "jet" ke změně účinné plochy trysky a vychýlení vektoru tahu , přičemž tryska není mechanicky nastavitelná. Tato tryska nemá horké, vysoce zatížené pohyblivé části , dobře se hodí k designu letadla , což snižuje jeho hmotnost.
Vnější obrysy pevné trysky mohou plynule zapadat do obrysů letadla , čímž se zlepšují vlastnosti konstrukce při nízké viditelnosti . V této trysce může být vzduch z kompresoru směrován do vstřikovačů v kritické části a v rozšiřující části pro změnu kritické části a řízení vektoru tahu.
Na MAI byly provedeny experimentální práce na řízení vektoru tahu kvůli interakci „levného“ atmosférického vzduchu s hlavním proudem. V důsledku redistribuce vzduchu vháněného bočními kanály dochází k vychýlení hlavního proudu motoru (obr. 2b) . Byly vyvinuty a testovány malé modelové vzorky zařízení s využitím plynových generátorů na pevná paliva jako zdroje stlačeného plynu (obr. 2). V bočních kanálech plochého ejektoru spojeného s atmosférou byly instalovány ventily (3, 4 na obr. 2) s elektromagnetickým ovládáním . Teplota plynu ve vyvíječi plynu byla 2600 K, pracovní tlak do 5,7 MPa . Vyvinutý řízený tah 1,0 kN . Doba přepnutí tahu z jedné krajní polohy do druhé nepřesáhla 0,02 s. Měrný výkon řídicího signálu na jednotku tahu nebyl větší než 0,05...0,7 W/kgf .
Provedené zkoušky ukázaly možnost vychýlení vektoru tahu v úhlech ±20° při přilnutí paprsku k boční stěně ejektorové trysky.
CIAM provedl předběžné studie na fyzikálním a matematickém modelu trysky s plyno-dynamickým řízením vektoru tahu motoru pro cvičný letoun (TCA) ve 2D formulaci. U turbodmychadlového motoru pro CTF přítomnost druhého okruhu se stlačeným a relativně studeným vzduchem, absence potřeby řízení průtokových sekcí usnadňuje realizaci koncepce trysky s plynodynamickým vektorovým řízením tahu.
U zkoumané trysky je výstupní kanál druhého okruhu rozdělen podélnými přepážkami na čtyři sektory se zařízeními pro regulaci průtoku vzduchu instalovanými na vstupu do každého sektoru. Tato tryska v režimu axiálního proudění je tryska ejektorového typu s „kapalinovou“ stěnou (obr. 4) , v ní však vyfukovaný vzduch nepochází z atmosféry, ale z ventilátoru, má tedy spíše vysoký tlak. Stěna trysky primárního okruhu je roztržena hned za její kritickou částí, takže proud plynu z ní vycházející expanduje a neustále zmenšuje plochu trysky sekundárního okruhu směrem k výstupu (rozdíl na ventilátoru je téměř kritický).
Pro akceptované hodnoty parametrů v tomto režimu může být kvalita uvažované varianty vyšší než u samostatného odtoku. To je možné díky výměně dvou třecích ploch (část vnitřní stěny trysky sekundárního okruhu a vnější stěny nadzvukové části trysky primárního okruhu) za „kapalnou“ stěnu a také díky vyrovnání rychlostního pole na výstupu v důsledku částečného promíchání toků. Kromě toho může takové schéma trysek zajistit zlepšený průtok pracovním potrubím ventilátoru v režimech škrticí klapky.
Pro dosažení maximálního vychýlení proudění je jeden sektor ( 2 na obr. 4 ) přívodu sekundárního vzduchu zcela zablokován. V důsledku toho se průtok druhým sektorem ( 1 ) zdvojnásobí (u 2D verze).
Vychýlení trysky je způsobeno:
V současné době se pracuje na 3D verzi takové trysky a trysky využívající atmosférický vzduch. Podle předběžných odhadů jsou uvažovaná schémata trysek schopna poskytnout efektivní úhel vychýlení vektoru tahu ±20°.
Konstrukce tryskových trysek se vyznačují řadou výkonových a plynových dynamických schémat.
Uvažujme návrh využívající rozšiřující se nadzvukovou část trysky k vytvoření boční přítlačné síly. Za tímto účelem se výstupní zvon trysky přepne do režimu nadměrné expanze a na jedné ze stran trysky na jejím bočním povrchu se otevřou otvory pro přístup atmosférického vzduchu. V tomto případě se proud z motoru přilepí na opačnou stranu trysky.
Schéma a princip činnosti proudové trysky jsou uvedeny na Obr. 5 a Obr. 6 .
Sestavení řídících sil zajišťuje následující pořadí operací.
Chcete-li vytvořit řídicí síly v motoru s nadzvukovou tryskou, můžete mírně změnit nadzvukovou část stávající trysky. Tato relativně nekomplikovaná modernizace vyžaduje minimální změnu hlavních dílů a sestav původní, pravidelné trysky.
Při navrhování nesmí být měněna většina (až 70 %) komponentů a dílů modulu trysek: připojovací příruba k tělu motoru, hlavní tělo, hlavní hydraulické pohony s připojovacími body, páky a konzoly . jako dveře kritických sekcí. Jsou změněna provedení nástaveb a distančních vložek rozšiřující části trysky, jejichž délka se zvětšuje a ve kterých byly vytvořeny otvory s rotačními tlumiči a hydraulickými pohony . Kromě toho se mění konstrukce vnějších klapek a jejich pneumatické válce jsou nahrazeny hydraulickými válci s pracovním tlakem do 10 MPa (100 kg / cm 2 ).
Vychylovatelný vektor tahu ( OVT ) je funkcí trysky , která mění směr proudění paprsku. Navrženo pro zlepšení výkonnostních charakteristik letadla. Nastavitelná tryska s vychylovacím vektorem tahu - zařízení s proměnnými, v závislosti na provozních režimech motoru, rozměry kritických a výstupních sekcí, v jejichž kanálu se zrychluje proudění plynu za účelem vytvoření tahu paprsku a možností vychylování vektor tahu ve všech směrech.
V současné době je systém vychylování vektoru tahu považován za jeden ze základních prvků moderního bojového letounu z důvodu výrazného zlepšení letových a bojových vlastností díky jeho použití. Aktivně se studuje i problematika modernizace stávající flotily bojových letounů bez OVT výměnou motorů nebo instalací jednotek OVT na standardní motory. Druhá verze byla vyvinuta jedním z předních ruských výrobců proudových motorů - firmou Klimov, která také vyrábí světově jedinou sériovou trysku s celoúhlovou odchylkou vektoru tahu pro instalaci na motory RD-33 (rodina MiG -29 stíhaček) a AL-31F (stíhačky značky Su).
Bojová letadla s řízením vektoru tahu:
S osově symetrickou odchylkou vektoru tahu