Воздухозаборники: значение, требования и виды. Воздухозаборник: свежий воздух для работы двигателя Роль системы питания воздухом дизельного двигателя

Всем привет! Я вот о чем подумал. Вижу множество автомобилей, на которых явно не с завода устанавливается воздухозаборник на капот. Это сугубо тюнинг капота, то есть декоративные накладки, либо реально полезная штука? Как вы считаете?

Меня очень заинтересовал этот вопрос, потому решил изучить его более подробно. Все вы знаете, что во время работы двигателя под капотом температура растет очень существенно. Это приводит к нагреву, а иногда и перегреву. Разные воздухозаборники, решетка радиатора и прочие входные отверстия, предусмотренные производителем, нужны именно для обдува.

То есть вроде как инженеры заранее просчитывают необходимость в дополнительном охлаждении подкапотного пространства. Но почему-то многие дополнительно ставят своими руками или обращаются к мастерам, чтобы сделать дополнительный воздухозаборник. Вот давайте попытаемся узнать, зачем это делается и оправдывает ли себя установка такого элемента.

Зачем это нужно

Чтобы двигатель хорошо работал, ему требуется большое количество воздуха и кислорода в частности. Кислород поступает в камеру сгорания, смешиваясь с топливом, образуя топливовоздушную смесь. Она воспламеняется, что приводит в движение поршни, коленчатый вал и в конечном итоге колеса.

Причем количество поступающего кислорода в камеру сгорания напрямую зависит от того, какой температуры воздух. Из-за того что двигатель греется во время работы, количество кислорода от этого падает. Отсюда и западение мощности силовой установки. Поскольку в цилиндры поступает недостаточный объем кислорода, топливовоздушная смесь получается неполноценный, не может полностью сгорать.

Чтобы кислород лучше поступал, требуется обеспечить его лучшее проникновение. Можно говорить, что воздухозаборники тут играют самую непосредственную роль. Причем выполняют они сразу две функции. А именно охлаждают двигатель, и обеспечивают приток свежего воздуха с большим содержанием кислорода.

Установив воздухозаборник, его специальная конфигурация обеспечивает эффективное проникновение кислорода в подкапотное пространство, повышая мощность и отдачу. Потому можно с уверенностью сказать, что этот элемент лишним не будет. Только если речь идет не о декоративной накладке.

Куда устанавливать

Купить и установить дополнительный воздухозаборник можно на любой автомобиль. Тут важно понимать, что все машины уже заранее предусматривают наличие входных путей для прохождения воздуха с его дальнейшим попаданием на двигатель и внутрь мотора для создания топливовоздушной смеси.

Потому ставят сугубо вспомогательные элементы. Их можно встретить на таких автомобилях как:

• УАЗ Патриот;
• Газель;
• ВАЗ 2107;
• Нива 2121;
• Нива 21214;
• Субару Импреза;
• Мазда 6;
• Хендай Купе;
• Хонда Аккорд;
• Митсубиси Лансер и пр.

В некоторых авто уже заранее есть специальные окна с решетками на капоте, через которые поступает воздух для дальнейшего перехода в систему отопления.

Есть ряд фирм, которые изготавливают воздухозаборники под имеющиеся окна или под конкретные модели разных марок автомобилей. Крепят их даже двусторонним скотчем. Хотя это уже какая-то халтура. Подобную конструкцию следует качественно закрепить.

Но подобные воздухозаборники будут малоэффективными, поскольку окна около лобового стекла для воздухозаборников находятся далеко от двигателя. Потому основная масса воздуха начнет перегреваться или идти сразу в отопитель. Толку для двигателя не будет. Специалисты рекомендуют с целью повышения эффективности работы силовой установки ставит заборники воздуха непосредственно посередине капота.

Такое положение считается оптимальным, поскольку потоки воздуха будут идти напрямую на двигатель, а потому они не успеют прогреться до температуры, равной температуре мотора. Дополнительно улучшается внешнее охлаждение силовой установки, что в жаркую погоду крайне актуально.

Есть другой вариант реализации. А именно поставить воздухозаборник в центре, и дополнительно его патрубками. Они будут идти сразу на воздушный фильтр. Только учтите, что на спортивные авто такой вариант не подходит. Здесь лучше поставить воздухозаборник непосредственно над фильтром. Придерживаться строго заданной симметрии нет необходимости.

Самостоятельная установка

Для большей эффективности работы мотора и лучшего охлаждения воздухозаборники действительно служат неплохим решением. Купить его несложно, да и цена для современных авто адекватная. Некоторые предпочитают сделать конструкцию своими руками. Но как по мне, лучше сразу приобрести универсальный готовый элемент, либо же найти вариант конкретно под вашу модель. Так даже предпочтительнее.

Процедура установки выглядит примерно следующим образом:

• Определите место, куда будет монтироваться воздухозаборник;
• Начертите линии в соответствии с размерами элемента для притока воздуха;
• Оптимально будет предварительно снять с машины капот, убрать изоляцию с внутренней стороны. Вырезать прямо на машине не советую;
• По разметке вырежьте необходимый отрез болгаркой. Будьте аккуратными, режьте предельно ровно;
• Края обработайте наждачкой, чтобы удалить заусенцы. Нанесите антикоррозийный состав и слой краски. Это предотвратить ржавчину;
• Теперь приложите воздухозаборник, выровняйте его по всем краям;
• Крепление может осуществляться на клей, двухсторонний скотч, болты и прочие варианты крепежей. Выбирайте более надежный;
• Способ крепления во многом зависит от самой конструкции воздухозаборника;
• Установите элемент, верните все на свои места;
• Сделайте несколько фото и похвастайтесь друзьям.

Будет у вас металлический или пластиковый заборник, решайте сами. Пластиковые дешевле и проще в эксплуатации. Металлические тяжелее, но надежнее и долговечнее. Некоторые даже используют плотный пенопласт. Но это уже не наш вариант. Давайте делать на совесть.

Важные недостатки

Прежде чем решиться на подобный шаг, изучив объективные преимущества дополнительных воздухозаборников, не забудьте проанализировать их недостатки.

Здесь выделяют несколько основных минусов:

• Ряд плохо продуманных конструкций ухудшают сопротивляемость машины встречному ветру, что негативно отражается на аэродинамике;
• Нельзя использовать заборники без решеток. В противном случае через отверстия внутрь легко попадут камни, разный мусор и ряд других чудес с дороги, включая даже маленьких птичек. Пожелайте их, установите решетку;
• Вероятность возникновения коррозии. Многие забывают про антикоррозийную обработку, либо делают ее неправильно. Ничего хорошего в ржавчине нет;
• Воздухозаборник заставит фильтр работает интенсивнее. Потому загрязняться он будет в разы быстрее. Придется раньше проводить плановую замену.

Но окончательно решение принимать вам. Воздухозаборники действительно неплохо себя показывают. Но в основном на спортивных авто и машинах с мощными двигателями. Для серийных гражданских машин, где мощность мотора едва превышает 120-150 лошадиных сил, потребности в этом элементе нет.

СВУ двигателей бомбардировщика Ту-160.

Сегодня поговорим о воздухозаборниках. Тема эта достаточно сложная (как и многое в авиации). Попытаюсь, как всегда, побольше упростить для общего знакомства… Увидим, что из этого выйдет:-)…

О том, что было…

Начинавшийся погожий летний день 1988 года ничем не отличался от множества таких же будничных дней в 164-ом орап (г. Бжег, Польша). Была дневная летная смена. Разведчик погоды уже вернулся, и начался разлет бортов всех эскадрилий согласно плановым таблицам полетов. Форсажный грохот взлетающих самолетов будоражил окрестности и даже на приангарной стоянке ТЭЧ хорошо чувствовалась его внушительная мощь.

Я тогда исполнял обязанности начальника группы регламента двигателей. Сразу после общего построения ко мне устремился начальник ТЭЧ и отвел в сторону для беседы. Новость оказалась, мягко говоря, неприятной. Один из МиГ-25-х в процессе разгона на сверхзвуковой скорости попал в трудную ситуацию.

Сначала летчик почувствовал странные толчки, затем погас форсаж правого двигателя и почти сразу после этого произошло его самовыключение. Попытка запуска успехом не увенчалась, летчик прекратил выполнение задания и, продолжая полет на одном двигателе, вернулся на аэродром. Посадку выполнил успешно, без проблем, однако, на лицо было серьезное летное происшествие.

Мы, двигателисты, совместно со специалистами по АО после транспортировки самолета в ТЭЧ занялись поиском причины произошедшего. При предварительном осмотре было обнаружено, что и вся форсажная камера в пределах видимости ее элементов влажная от топлива. не так быстро испаряется, тем более тот тип (достаточно тяжелый), который использовался тогда на МиГ-25 (Т-6 ).

Самолет МиГ-25РБ.

Однако, при штатном выключении двигателя такого не бывает, ведь оно выполняется путем прекращения подачи топлива в камеру сгорания (РУД на СТОП), а остатки топлива из топливных коллекторов после прекращения горения и распыла сливаются в дренажный бачок.

Это значит, что выключение форсажа и останов двигателя вероятно произошли внезапно из-за погасания пламени в ФКС и ОКС, а топливо еще некоторое время продолжало поступать и распыляться форсунками, пока РУД не был поставлен на «Стоп». И причиной погасания видимо стали проблемы именно с воздушным потоком .

Буквально сразу после начала проверок был выявлен отказ системы управления правым воздухозаборником. В результате, в процессе разгона на уже достаточно большой сверхзвуковой скорости произошел помпаж воздухозаборника , вызвавший погасание обоих камер сгорания (ОКС и ФКС) и, как следствие, остановку двигателя.

Достаточно пространное описание обстоятельств, сопутствовавших летному происшествию, потребовалось потому, что причина его непосредственно относится к теме сегодняшней статьи. В данном случае воздухозаборник – это не просто труба, пропускающая воздух. Это серьезный, работающий элемент силовой установки самолета с ТРД(Д, Ф), при создании которого должен быть соблюден целый комплекс норм и правил. Без них его корректная работа и, в конечном итоге, эффективная и безопасная работа всей двигательной установки невозможна. Неправильная работа воздухозаборника (ВЗ ) турбореактивного двигателя может стать причиной серьезного и даже, в особых случаях, тяжелого летного происшествия.

————————

Само название, однако, никаких намеков на этот счет не дает. Слово «воздухозаборник» означает специальный узел конструкции, который, используя скоростной напор, «забирает воздух» из атмосферы и подает его к специфическим агрегатам летательного аппарата. Кстати, не только ЛА, но и, например, различных, в особенности достаточно скоростных, автомобилей.

Цели забора воздуха могут быть различными. В основном, их можно поделить на две существенным образом отличающиеся друг от друга группы.

Первая . Забортный воздух на быстро движущихся транспортных средствах (в первую очередь на ЛА), удобен для охлаждения тех или иных, нагревающихся в процессе работы, узлов, приборов, агрегатов и их конструкционных частей или технических спецжидкостей (рабочих тел), применяемых для функционирования систем. Такие системы и агрегаты из соображений обтекаемости по большей части располагаются внутри (и даже глубоко внутри) конструкции летательного аппарата.

Для подачи к ним воздуха и существуют специальные воздухозаборники , объединенные, если нужно, с воздуховодами, формирующими и направляющими в нужное место воздушную струю. В этом случае обдуву с целью охлаждения могут подвергаться ребра охлаждения, специальные радиаторы, как воздушные, так и жидкостные, либо просто детали и корпуса агрегатов.

На каждом летательном аппарате таких конструкционных узлов достаточно. И, в общем-то, ничего особенно сложного они из себя не представляют. Конечно все воздушные каналы должны быть правильно спрофилированы, в основном с целью соблюдения минимума лобового сопротивления и подачи достаточного количества воздуха для обдува.

Воздухозаборники охлаждения оборудования на самолете Су-24МР.

Однако, некорректная работа таких ВЗ как правило не приводит к немедленному нарушению работы обдуваемых самолетных агрегатов и, тем более, к каким-либо серьезным или фатальным последствиям для ЛА.

В качестве примера можно привести воздухозаборники для охлаждения агрегатов самолета Су-24М .

Вторая. А вот плохо работающие ВЗ, относящиеся ко второй группе, вполне могут стать тому причиной. Это воздухозаборники воздушно-реактивных двигателей. Воздух, который они пропускают через себя подается на вход в эти двигатели и служит для них рабочим телом (далее превращаясь в газ).

От параметров и количества поступающего воздуха, качества и состояния воздушного потока зависят характеристики и эффективность работы двигателя (в том числе тяга и удельный расход топлива), а значит, в итоге, и всего летательного аппарата. Ведь двигатель, как известно, — это его сердце. Состояние этого сердца во многом определяется корректной работой важнейшего узла силовой установки — воздухозаборника, который иначе (и заслуженно) называют входным устройством газотурбинного двигателя (ВУ ГТД).

——————————————

Значимость правильной работы воздухозаборника напрямую зависит от скорости полета. Чем выше скоростные возможности самолета, тем сложнее конструкция ВЗ турбореактивного двигателя и выше требования к ней.

При работе двигателя в стартовых условиях воздух поступает в ВЗ в основном за счет разрежения, создаваемого компрессором ГТД на входе. В этом случае основная задача воздухозаборника – направить воздушный поток в с наименьшими потерями.

А с ростом скорости, при полетах на больших дозвуковых и, особенно, сверхзвуковых скоростях к этой задаче прибавляется еще две, и обе они главные. Нужно снизить скорость потока до дозвуковой, и при этом эффективно использовать скоростной напор для повышения статического давления воздуха перед входом в двигатель.

Это самое использование состоит в преобразовании кинетической энергии набегающего потока (скоростного напора) при его торможении в потенциальную энергию давления воздуха. Достаточно упрощенно об этом можно сказать следующим образом.

Так как полное давление потока (согласно закону Бернулли) – величина постоянная и равна сумме статического и динамического давлений (весовое в нашем случае можем не учитывать), то с падением давления динамического, растет давление статическое. То есть заторможенный поток имеет более высокое статическое давление, в чем и заключается основа работы воздухозаборника .

То есть ВЗ по сути дела работает, как компрессор. И чем выше скорость, тем работа эта внушительнее. При скоростях 2,-2,5М степень повышения давления в воздухозаборнике может составлять 8-12 единиц. А при больших сверхзвуковых (и гиперзвуковых) скоростях работа ВЗ настолько эффективна, что потребность в компрессоре фактически отпадает. Существует даже такое понятие, как «вырождение компрессора » на большом сверхзвуке. Это тот самый процесс, когда ТРД постепенно превращается в прямоточный ВРД.

Обязательно надо отметить, что в реальных воздухозаборниках при таком динамическом сжатии не вся кинетическая энергия потока используется для повышения давления. Неизбежно существуют потери (так называемые потери полного давления), зависящие от многих факторов и разные для различных воздухозаборников.

Типы современных входных устройств.

По отношению к скорости (максимальной) самолета, на котором они используются, ВЗ могут быть дозвуковые, трансзвуковые и сверхзвуковые.

Дозвуковые…

В настоящее время это чаще всего входные устройства ТРДД большой степени двухконтурности. Они характерны для современных дозвуковых пассажирских или транспортных самолетов. Такие двигатели обычно располагаются в отдельных мотогондолах, и их воздухозаборники достаточно просты по конструкции, но не столь просты по требованиям, к ним предъявляемым и, соответственно, их исполнению.

Рассчитываются, как правило, на крейсерские скорости полета около 0,75…0,85М . Они должны обладать относительно малой массой при условии обеспечения необходимого расхода воздуха. Очень важным требованием для них становится обеспечение малых потерь энергии воздушного потока (внутренние потери), который они направляют в двигатель через свой канал, а также потерь на преодоление внешнего сопротивления (внешние потери).

Схема течения и изменения параметров потока в дозвуковом ГТД.

Это обеспечивается правильным профилированием внутреннего канала и внешних обводов, что позволяет уменьшить сопротивление и улучшить обтекание. К тому же передние кромки входного устройства чаще всего имеют достаточно толстый профиль, в продольном (меридиональном) сечении канала принимающий форму .

Это позволяет обеспечить безотрывное обтекание потоком поверхностей, что минимизирует потери и, кроме того, проявляется еще одно полезное действие. При обтекании толстой входной кромки возникает аэродинамическая сила, подобная подъемной.

А ее горизонтальная проекция направлена по полету и является своеобразной добавкой к тяге. Эту силу называют «подсасывающей », и она очень ощутимо компенсирует внешнее сопротивление воздухозаборника.

Обтекание дозвукового воздухозаборника. Действие посасывающей силы.

Преобразование динамического давления в статическое в таком типе ВЗ происходит следующим образом. Конструкция канала рассчитывается так, что в его входном сечении скорость потока меньше скорости полета. В результате поток перед входом в ВЗ имеет форму диффузора («расходится» в стороны), что неизбежно влечет за собой торможение и рост давления (вышеупомянутый закон Бернулли).

То есть сжатие от скоростного напора в основном происходит еще до входа в ВЗ (так называемое внешнее сжатие ). Далее оно продолжается на первом участке канала, который тоже спрофилирован в виде диффузора. А перед ним канал чаще всего имеет еще небольшой конфузорный участок (то есть сужающееся сечение). Это делается с целью выравнивания потока и поля скоростей.

Дозвуковой воздухозаборник со створками подпитки и скошенной плоскостью входа.

Плоскость входа в воздухозаборник часто бывает наклонной. Это делается для обеспечения эффективной работы воздухозаборника (и двигателя) на больших углах атаки, когда вход затеняется нижней частью корпуса мотогондолы.

В конструкции входного устройства этого типа для некоторых двигателей могут быть предусмотрены так называемые . Когда двигатель работает на повышенных режимах в стартовых условиях (то есть скоростной напор отсутствует или достаточно мал), то не всегда можно обеспечить требуемый расход воздуха.

Предварительное внешнее сжатие на таких режимах практически отсутствует, а входное сечение ВЗ просто не может пропустить весь требуемый воздух, так как не позволяют размеры.

Самолет Як-38. Взлетный режим - открыты створки подпитки.

Створки дополнительной подпитки воздухом в стартовых условиях (руление). Самолет Ту-154Б-1 двигатель НК-8-2У).

Поэтому на обечайке воздухозаборника могут выполняться дополнительные окна, которые открываются на нужном режиме (обычно из-за разрежения в канале ВЗ) и закрываются после набора скорости. Пример – самолет Ту-154Б-1 . На видео хорошо видно открытие створок подпитки на левом двигателе.

Трансзвуковые.

У таких входных устройств радикального конструктивного отличия от дозвуковых, в общем-то, мало. Однако условия обтекания у них уже более жесткие, потому как они используются в силовых установках самолетов с максимальными скоростями полета до 1,6…1,7М . До этих скоростей применение воздухозаборника с постоянной геометрией проточной части еще не ведет за собой большого роста потерь в результате динамического сжатия.

У таких ВЗ более острые кромки по сравнению с дозвуковыми ВЗ для уменьшения волнового сопротивления, которое проявляется, как известно, в трансзвуковой и сверхзвуковой областях обтекания. Для уменьшения потерь из-за срыва при обтекании острых кромок и обеспечения расхода воздуха на малых скоростях и в стартовых условиях на этих ВЗ могут также применяться окна дополнительной подпитки.

Дозвуковой и трансзвуковой ВЗ. Положение прямого скачка уплотнения.

Перед таким ВЗ при полете на сверхзвуке образуется прямой скачок уплотнения (об образовании скачков уплотнения я писал ). Для острых кромок он присоединенный . При прохождении через него повышается давление в потоке (внешнее сжатие). Дальнейшее повышение давления происходит в канале диффузорного типа.

Для уменьшения скорости потока перед скачком уплотнения входное устройство выгодно располагать в так называемой зоне приторможенного течения , которая образуется при обтекании потоком элементов конструкции расположенных впереди ВЗ (примыкающие ВЗ – о них ниже).

Трансзвуковой воздухозаборник Су-24М. Видна плоскость устройства слива ПС и перфорация отсоса ПС.

Это, например, боковые (Су-24М, F-5)) или подфюзеляжные входные устройства (F-16). Конструктивно они обычно отодвинуты от фюзеляжа с образованием своеобразного щелевого канала шириной 50 – 100 мм. Он нужен для того, чтобы пограничный слой, нарастающий на впереди лежащей поверхности фюзеляжа не попал в канал ВЗ и не нарушил равномерность течения, увеличивая потери. Он как бы «сливается» далее в поток.

Бомбардировщик Су-24М во время руления. Створки подпитки открыты.

Подфюзеляжный трансзвуковой воздухозаборник самолета F-16.

Устройство для слива пограничного слоя на воздухозаборнике самолета F-4 "Fantom".

Сверхзвуковые.

Основные сложности начинаются для входных устройств при использовании более высоких максимальных скоростей полета – 2,0…3,0М и более. На таких скоростях трансзвуковой воздухозаборник применен быть не может из-за большого роста интенсивности прямого присоединенного скачка и, соответственно, роста потерь полного давления, что отрицательно влияет на параметры двигателя (в частности на тягу).

Высокая эффективность сжатия здесь достигается использованием сверхзвуковых входных устройств (СВУ ). Они более сложны по конструкции и для повышения давления в них применяется система скачков уплотнения .

Для управления процессом торможения потока (а значит и повышения давления в нем) в таких входных устройствах конструктивно сформирована так называемая поверхность торможения , имеющая специфический профиль. Эта поверхность при взаимодействии со сверхзвуковым потоком (скоростным напором) создает условия для формирования скачков уплотнения.

Как правило, их несколько, то есть создается система скачков, включающая в себя два, три (или даже четыре) косых и один прямой скачок (так называемая головная волна), который является замыкающим. При прохождении косых скачков снижение скорости и потери полного давления меньше, чем при прохождении прямых, изменение параметров менее резкое, и итоговое статическое давление выше из-за меньших потерь.

В общем, чем больше косых скачков, тем меньше потери давления в потоке. Однако, их количество обуславливается конструкцией воздухозаборника, рассчитанной на определенные максимальные скорости.

Проходя через такую систему поток снижает скорость примерно до 1,5….1,7М, то есть до уровня трансзвуковых ВЗ. После этого он может пройти через прямой скачок с относительно небольшими потерями, что и происходит, и поток становится дозвуковым, приобретая определенную величину давления, и далее проходит по сужающемуся каналу в его наименьшее сечение, называемое «горлом ».

Поверхность торможения может иметь различную форму, но чаще всего выполняется в виде клина или конуса (в зависимости от формы ВЗ). Клин (конус) обычно имеет несколько поверхностей (или ступеней), сочлененных друг с другом. По местам сочленения (углы) и образуются косые скачки уплотнения.

Их наклон зависит от числа М полета и углов наклона отдельных ступеней. Эти углы выбираются для создания условий обтекания, наиболее близких к оптимальным на расчетном режиме.

В зависимости от расположения поверхности торможения относительно корпуса ВЗ (его обечайки), а также ее конфигурации, скачки уплотнения могут по-разному располагаться относительно плоскости входа в воздухозаборник .

Типы СВУ: а) внешнего сжатия: б) смешанного сжатия: в) внутреннего сжатия.

Это, в свою очередь, определяет тип процесса торможения и, соответственно, тип самого сверхзвукового входного устройства. Первый тип – СВУ с внешним сжатием . У него все косые скачки располагаются перед плоскостью входа в воздухозаборник (то есть снаружи), а горло расположено в непосредственной близости к нему.

Второй тип – СВУ со смешанным сжатием . Здесь часть косых скачков расположена снаружи, до плоскости входа, а часть внутри, то есть за ней. Горло отодвинуто дальше от входных кромок, а канал от входа до горла имеет сужение.

Третий тип – СВУ внутреннего сжатия . В нем все скачки уплотнения располагаются внутри воздушного канала за плоскостью входа.

На практике применяются в основном СВУ с внешним сжатием. Применение двух других типов, теоретически более эффективных для сжатия потока на больших сверхзвуковых скоростях, на практике сталкивается с различными трудностями технического характера.

Существует также деление воздухозаборников на типы по конструктивным признакам:

По форме входного сечения .

Это так называемые плоские и пространственные (чаще осесимметричные).

Плоские ВЗ (иногда они бывают коробчатыми или совковыми) имеют входное сечение в виде прямоугольника, иногда со скруглениями в угловых точках. Сам канал от прямоугольного входа постепенно меняет свое сечение на круглое перед входом в двигатель.

Управляемый воздухозаборник самолета Су-24 ранних серий. Виден шарнир поворота вертикальной панели. Также видна перфорация для отсоса пограничного слоя.

Поверхность торможения плоского ВЗ выполняется в виде клина, имеющего специальный профиль. Если воздухозаборник управляемый (подробнее об этом ниже), то как раз у плоского для этого есть хорошие возможности, заключающиеся в возможности достаточно большого изменения его геометрии, позволяющей создавать систему скачков уплотнения различной интенсивности.

У осесимметричного воздухозаборника для создания такой системы используется конус, также профилированный специальным образом (ступенчатый). Входное сечение у такого ВЗ – круговое. Конус является центральным телом на первом участке внутреннего канала, далее канал также имеет круговое сечение.

Лобовой осесимметричный воздухозаборник с конической регулируемой поверхностью торможения, на самолете МиГ-21-93

Существуют также так называемые секторные воздухозаборники , входное сечение которых представляет из себя часть (сектор) круга. И поверхностью торможения у них является тоже часть (сектор) конуса. Они обычно располагаются по бокам фюзеляжа по принципу боковых (об этом ниже) и соперничают с ними в плане снижения потерь полного давления. Примером таких конструкций могут служит воздухозаборники самолетов серии Mirage, бомбардировщика F-111, перехватчика Ту-128, экспериментального МиГ-23ПД .

Самолет Mirage 2000-5 с традиционными секторными СВУ.

Для современных летательных аппаратов (пятого поколения) конструируются пространственные воздухозаборники с различной формой входного сечения (например, Т-50; F-22 – параллелограмм) с так называемым пространственным сжатием . Здесь в создании целого комплекса скачков уплотнения участвуют не только поверхности торможения, но и специально спрофилированные кромки обечайки.

Самолет Ту-128 с секторными СВУ(музей).

По расположению на фюзеляже .

Это лобовые и примыкающие. Лобовые ВЗ устанавливают либо в носовой части фюзеляжа, либо в отдельных мотогондолах. Таким образом, работают они в невозмущенном воздушном потоке. По форме они чаще всего осесимметричны.

Истребитель МиГ-15 с типичным лобовым дозвуковым воздухозаборником.

Примыкающие ВЗ располагаются (примыкают) возле какого-либо участка поверхности ЛА. В результате воздушный поток, в них попадающий, оказывается уже приторможенным из-за обтекания им впереди расположенных элементов ЛА. Это означает, что размер необходимой степени повышения давления уменьшается, что позволяет упростить конструкцию ВЗ.

Однако, при этом приходится бороться с нарастающим пограничным слоем, стремящимся попасть в ВЗ с этих же впереди расположенных элементов (чаще всего с фюзеляжа). Обычно пограничный слой просто «сливают» через канал, образующийся при расположении воздухозаборника на некотором расстоянии от конструкции ЛА (50…100 мм – уже упоминалось выше).

Устройство для слива пограничного слоя истребителя Eurofighter Typhoon.

Тем не менее определенная степень неравномерности потока на входе в канал все же образуется. И ее не всегда можно продуктивно исправить из-за достаточно небольшой длины (по условиям самолетной компоновки) воздуховода.

Примыкающие воздухозаборники бывают боковыми, подфюзеляжными и подкрыльевыми. Поверхность торможения почти всегда имеет вид ступенчатого клина (горизонтального или вертикального). Исключение составляют вышеупомянутые секторные воздухозаборники, у которых поверхностью торможения служит сектор конуса (самолеты Мираж).

Истребитель МиГ-31 во время руления. Примыкающие ВЗ. Видны открытые створки обечайки.

Некоторые особенности СВУ с внешним сжатием .

СВУ рассчитывается на определенные числа М полета, как правило близкие к максимальным. Исходя из этого для расчетного режима подбираются конструктивные параметры. Это площади входа, горла и выхода, углы расположения панелей поверхности торможения (поверхностей конуса), расположения изломов этих панелей, углы расположения обечайки (в частности «угол поднутрения»).

Угол поднутрения в лобовом воздухозаборнике. 1,2 - поверхность торможения, 3 - кромка обечайки, 4 - корпус ВЗ.

Для расчетного режима существуют две схемы косых скачков уплотнения. При первой косые скачки уплотнения сфокусированы на передней кромке обечайки. Прямой скачок (головная волна) располагается в канале за горлом. Поток организован так, что входит в канал со сверхзвуковой скоростью и может стать дозвуковым, только проходя через этот скачок.

Недостатком этой схемы входных устройств является взаимодействие такого прямого скачка с пограничным слоем вблизи стенок канала. Это приводит к отрывам слоя и пульсациям давления, в результате чего на выходе поток может быть недостаточно равномерным и стационарным. Однако, при этом такой тип ВЗ обладает меньшим внешним сопротивлением, по сравнению со вторым типом.

При второй схеме прямой скачок (головная волна) выдвинут перед входом в ВЗ, находясь частично во внутреннем потоке (перед каналом), частично во внешнем, и имеет по длине разную интенсивность. Перед входом во внутренний канал он представляет собой практически прямой скачок, который только возле поверхности торможения несколько раздваивается, становясь λ-образным. Во внешнем потоке он загибается в сторону против полета превращаясь в косой.

СВУ с расфокусировкой косых скачков (вторая схема). Показана щель слива ПС, перфорация для его отсоса, а также принцип формирования сопротивления растекания.

Чтобы головная волна не разрушила систему косых скачков в непосредственной близости от вход в воздухозаборник , эти скачки слегка сдвигаются и немного расфокусировываются по отношению к входной кромке обечайки (за счет выбора углов расположения панелей (β) поверхности торможения), то есть, проще говоря, не сходятся все (три) в одной точке этой кромки, а продолжаются далее во внешний поток.

При расчетах, однако, такая схема с достаточной степенью точности может быть заменена на упрощенную, когда принимается что система косых скачков сфокусирована на передней кромке и замыкается прямым скачком, тоже расположенным непосредственно на кромке обечайки.

СВУ со скачками, сфокусированными на обечайке (первая схема). β - углы расположения регулируемых панелей.

Этот сдвиг и расфокусировка стала причиной наиболее частого применения на практике именно второго типа входных устройств. Дело в том, что такое расположение скачков значительно уменьшает возможность их разрушения головной волной, которая может перемещаться в процессе работы на вход и выход вдоль канала, когда воздухозаборник работает на различных нерасчетных режимах.

То есть повышается устойчивость работы воздухозаборника, а значит и двигателя в целом. При этом, однако, сопротивление входного устройства второго типа больше. Это происходит из-за появления так называемого сопротивления растекания , которого нет для первого типа.

Немного о сопротивлении растекания.

В воздухозаборник первого типа поток сразу входит на сверхзвуковой скорости (как упоминалось выше). А во втором типе, где головная волна расположена практически на входе в ВЗ, поток входит в канал уже дозвуковым. Из-за расположения косых скачков поток на входе, проходя вдоль поверхности торможения, формируется таким образом, что его крайние слои растекаются по сторонам, не попадая в канал ВЗ.

То есть фактическая площадь входа становится меньше конструктивной (на рисунке выше F H < Fвх ) поэтому и действительный расход воздуха через воздухозаборник тоже становится меньше. То есть часть воздуха, приторможенного, которая уже прошла через косые скачки, а значит на повышение давления в которой была затрачена энергия (двигателя в конечном итоге) в сам двигатель не попадает и в создании тяги не участвует.

Существует даже такой параметр для характеристики работы воздухозаборника, как коэффициент полноты расхода воздуха , равный отношению действительного расхода к максимально возможному. Если этот коэффициент меньше единицы, значит имеет место растекание потока на входе, что является причиной возникновения сопротивления растекания .

В общем, заодно уже говоря, для воздухозаборника помимо сопротивления растекания рассматривают еще и другие виды внешнего аэродинамического сопротивления, к уменьшению которого необходимо стремиться. Это важно, потому что так называемое внешнее сопротивление входного устройства – это сила, направленная против полета, а значит она снижает эффективную тягу всей силовой установки, в состав которой, собственно, и входит воздухозаборник.

Помимо упомянутого сопротивления растекания в состав внешнего сопротивления воздухозаборника входит также сопротивление обечайки и различных створок перепуска (при их наличии)- это так называемые силы избыточного давления, а также силы трения в потоке.

Дополнительные потери при прохождении потока в канале связаны с вязкостью газа, а также с конфигурацией самого канала. Вредное влbяние выражается в наращивании толщины пограничного слоя и повышении вероятности отрыва потока из-за достаточно сложной формы поверхности торможения.

Форма канала и площадь горла корректируется с цель. уменьшить вредные эффекты. Поток при вхождении во внутренний канал делает достаточно крутой поворот. Чтобы избежать отрыва потока сам канал сначала делают конфузорным (сужение) а после поворота диффузорным (расширение).

Наибольшую скорость поток (дозвуковой) достигает в горле. С точки зрения подавления отрыва наиболее выгодной скоростью в горле становится . Если скорость потока в горле равна скорости звука, то горло называют оптимальным .

Вредное влияние вязкости (пограничный слой) преодолевают при помощи различных технических приспособлений. К ним относятся: использование перфорации на участках поверхности торможения для отсоса пограничного слоя или специальных щелей вблизи горла для его слива . Эти приемы позволяют уменьшить размер возникающих зон отрыва, тем самым упорядочивая поток на выходе из ВЗ.

Для активизации пограничного слоя применяют также специальные турбулизаторы, устанавливаемые за горлом. Они создают небольшие вихри, помогающие перемешивать погранслой с основным потоком и, тем самым ускоряющие процесс выравнивания поля скоростей потока в канале.

———————

Возвращаясь к вышеупомянутым двум типам СВУ с внешним сжатием, можно сказать, что несмотря на большее внешнее сопротивление и меньшую реальную пропускную способность (коэффициент расхода меньше единицы) на расчетном режиме, воздухозаборники с расфокусированными косыми скачками в основном бывают более предпочтительными в использовании, нежели ВЗ первой схемы.

Это происходит из-за того, что расфокусировка позволяет ощутимо повысить запас устойчивой работы воздухозаборника, что бывает достаточно важно для безопасной эксплуатации на различных режимах работы, даже при некотором снижении эффективности.

В полете меняется скорость, высота, температура и плотность воздуха и конечно же режим работы самого двигателя, которому воздухозаборник поставляет воздух. Иногда этого воздуха нужно много, иногда мало и это (при неизменной скорости полета) обязательно повлияет на изменение режима работы входного устройства .

При постоянном числе М полета (например, равном расчетному) и изменении режима работы двигателя можно выделить три типа режимов работы воздухозаборника.

Первый режим — сверхкритический . В этом случае за горлом имеет место сверхзвуковая зона течения. При переходе на повышенные режимы двигатель увеличивает обороты и ему нужно много воздуха. Понятно, что он интенсивно забирает воздух из ВЗ. В этом случае уменьшается противодавление, всегда существующее на стационарном режиме в конце канала воздухозаборника (заторможенный воздух с уже повышенным давлением, готовый для входа в ).

Схема движения потока и изменения параметров в СВУ. Режим сверхкритический. Показаны створки подпитки и перепуска.

В результате головная волна несколько сдвигается ко входу (по потоку), а сам поток в канале разгоняется и при прохождении горла становится сверхзвуковым с дальнейшим разгоном в расширяющемся канале. Происходит процесс в принципе аналогичный процессу в .

Однако, так как противодавление в конце канала (перед компрессором ГТД) хоть и уменьшенное, но остается, то на некотором расстоянии за горлом образуется скачок уплотнения (S ), при прохождении которого поток становится дозвуковым. Этот скачок может иметь различное положение и интенсивность в зависимости от режима работы двигателя, а значит его потребности в воздухе.

Второй режим . При дросселировании двигателя и, следовательно, уменьшении потребного количества воздуха, противодавление в конце канала входного устройства повышается и сдвигает скачок S к горлу (против потока). Если горло выполнено оптимальным (упоминалось выше), то перемещаясь в него скачок исчезает. Такой режим работы воздухозаборника называется критическим .

Третий режим – докритический . Такой режим возможен при дальнейшем дросселировании двигателя. Теперь уже поток практически на всем протяжении канала воздухозаборника становится дозвуковым. А это значит, что действие противодавления от конца канала распространяется на всю его протяженность. Следствием может стать сдвиг головной волны против потока ближе к косым скачкам (иногда говорят волна выбивается вперед – «выбитая волна »).

При этом из-за общего уменьшения скорости потока падают потери на трение, что само по себе. конечно. хорошо. Но зато есть и «плохо», вредное влияние которого может оказаться значительным. Выбитая головная волна может настолько сместиться против потока, что начнет разрушать систему косых скачков. Результатом может стать увеличение потерь, снижение эффективности и, главное, снижение устойчивости работы ВЗ, что может вылиться в такой неприятное явление, как помпаж воздухозаборника .

Неустойчивые режимы работы сверхзвукового входного устройства.

1. Помпаж .

Термин «помпаж» уже ранее встречался, когда мы знакомились с компрессорами ГТД. Само это слово произошло от французского pompage — «насос» или «накачка». Поэтому применимо не только к авиационным компрессорам и насосам. Означает оно явление неустойчивости, нестационарности потока (газа или жидкости), сопровождающееся низкочастотными колебаниями параметров, в частности давления и расхода (воздуха для нас).

Определение помпажа в основном применяется к лопаточным машинам. Такой машиной, в частности, является осевой компрессор ТРД. Воздухозаборник , конечно, к этому виду механизмов не относится, но является по сути дела компрессором и принципиально подвержен такому явлению как помпаж.

Механизм возникновения.

Условия для возникновения помпажа воздухозаборника могут появиться только на достаточном сверхзвуке (М > 1,4…1,5 ). При этом режим работы должен быть докритический, когда канал воздухозаборника переполняется лишним воздухом, который двигатель не в состоянии пропустить, обычно из-за резкого дросселирования (снижения оборотов).

Из-за такого переполнения возрастает противодавление со стороны выхода из воздухозаборника на вход. Из-за этого головная волна выдавливается (выбивается) против потока и начинает разрушать косые скачки, сначала их ближнюю ко входу в ВЗ часть.

В результате в воздушном потоке появляются слои с меньшим полным давлением. Это те слои которые не прошли через скачки (из-за их разрушения, обычно это наружные слои) и те, которые касаются поверхности торможения (из-за потерь в пристеночном пограничном слое – обычно это внутренние слои). Получаются так называемые ослабленные зоны (на рисунке I, II, III).

Картина возникновения помпажа СВУ. - б). Разрушение выбитой волной системы косых скачков - а).

И, вот, через эти зоны при дальнейшем дросселировании двигателя возросшее противодавление прорывается наружу из канала ВЗ. То есть сжатый воздух выходит в атмосферу, или, точнее говоря, интенсивно выбрасывается. При этом он еще дальше выталкивает головную волну, которая уже полностью разрушает систему косых скачков.

Такое положение сохраняется до того момента, пока давление в канале воздухозаборника не станет ниже давления на входе (из-за выброса сжатого воздуха через ослабленные зоны). Тогда начинается движение воздуха в обратном направлении – в канал. Движение быстрое настолько, что СВУ переходит на сверхкритический режим. При этом в пространстве за горлом появляется скачок S.

Далее по мере наполнения канала ВЗ воздухом появляется и растет противодавление, которое смещает этот скачок к горлу и происходит переход системы на докритический режим. Тем самым опять создаются исходные условия для повторения помпажного цикла и все начинается сначала. То есть имеют места колебания расхода и давления воздуха в сверхзвуковом воздухозаборнике.

Колебания эти низкочастотные, от 5 до 15 Гц обычно. При этом они имеют достаточно большую амплитуду и очень чувствительны для летательного аппарата и экипажа. Проявляются в виде толчков, из-за колебаний тяги двигателя (изменение расхода), а также хлопков и тряски конструкции, особенно в районе воздухозаборника.

Амплитуда таких колебаний зависит от числа М и может достигать 50% от величины давления перед помпажем при М > 2. То есть интенсивность их достаточно высока и последствия для силовой установки могут быть серьезными.

Во-первых, может начаться помпаж компрессора двигателя, что может привести к выходу его (двигателя) из строя. Во-вторых, из-за резкого периодического уменьшения расхода воздуха (то есть резкого уменьшения количества кислорода – особенно на больших высотах) может произойти погасание как форсажной, так и основной, то есть самовыключение двигателя.

Именно это произошло в случае с самолетом МиГ-25Р , упомянутым в начале статьи, когда у него на большом сверхзвуке из-за отказа системы управления ВЗ внезапно полностью выпрямился управляемый клин, открыв вход в ВЗ большому количеству воздуха.

Кроме того, если колебания давления достаточно интенсивны, то обшивка канала ВЗ может деформироваться или даже разрушиться со всеми вытекающими отсюда последствиями. И чем длиннее канал, тем выше инерционность потока и сильнее проявляются помпажные явления.

Предотвращение (устранение) помпажа .

Из-за столь серьезных возможных последствий помпажа он недопустим в эксплуатации. Если же он все-таки возникает, то главным и основным способом его прекращения является по возможности быстрое снижение скорости . Как уже упоминалось выше, скоростные условия возникновения помпажа – М > 1,4…1,5.

Если же полет проходит на меньшей скорости, то косые скачки уплотнения менее интенсивны и расположены под большим углом к поверхности торможения (то есть меньше наклонены), а значит находятся дальше (относительно конечно) от плоскости входа и обечайки воздухозаборника. В этом случае головная волна при воздействии на нее противодавления может выдвигаться против потока без риска разрушить систему скачков. То есть помпаж не наступает даже при большой степени дросселирования двигателя.

Существуют и конструктивно-технические способы предотвращения этого явления. Самый простой из них – использование так называемых створок перепуска . Принцип здесь понятен: помпаж предотвращается (или устраняется) путем перепуска «лишнего» воздуха из канала воздухозаборника за горлом. Тем самым снижается противодавление, выбивающее головную волну. Или, говоря проще, исключается переполнение ВЗ.

Второй конструктивный способ связан с изменением пропускной способности входного устройства или, точнее говоря, пропускной способности системы скачков уплотнения на входе в воздухозаборнике. Но об этом чуть ниже, а пока еще об одном неустойчивом режиме работы ВЗ.

2. Зуд входного устройства.

Название забавное, но подмечено точно. Зуд в некотором роде противоположность помпажа, правда на расход воздуха практически не влияет. Представляет собой колебания давления с достаточно высокой частотой (100…250 Гц) и невысокой амплитудой (5…15% от начального давления). Возникает только на глубоких сверхкритических режимах работы ВЗ, когда двигателю требуется много воздуха и воздухозаборник не обеспечивает эти потребности.

Как уже говорилось в этом случае за горлом возникает сверхзвуковое течение со скачком уплотнения S. Взаимодействие этого скачка с пограничным слоем потока становится причиной его нестацинарности. Чем дальше по каналу располагается скачок, тем толще пограничный слой и выше интенсивность скачка. Появляются и увеличиваются зоны отрыва , увеличивающие неравномерность потока.

Схема возникновения зуда воздухозаборника.

В этих зонах происходят периодические колебания давления с достаточно высокой частотой. К этим пульсациям присоединяются высокочастотные колебания самого скачка. Они, в свою очередь, воздействуют на обшивку и элементы конструкции. Вот эти конструкционные колебания как раз и «зудят», причем достаточно неприятно.

Зуд воздухозаборника по сравнению с помпажем не столь опасен, однако, из-за порождаемой им нестационарности потока, он отрицательно влияет на работу компрессора в плане снижения устойчивости его работы. К тому же высокочастотные колебания могут нарушать работу приборов и агрегатов, расположенных в районе ВЗ, а в физиологическом плане неприятно действуют на летчика, рабочее место которого чаще всего располагается близко к их источнику.

Зуд устраняется путем дросселирования двигателя, то есть снижением его потребности в воздухе и устранением разгона потока за горлом. А предотвращается использованием слива и отсоса пограничного слоя, а также его турбулизацией. Приспособления для этого упоминались выше.

Еще один действенный способ аналогичен второму способу борьбы с помпажем. Это изменение пропускной способности воздухозаборника. То есть использование так называемого регулируемого входного устройства .

Регулируемые сверхзвуковые воздухозаборники.

Все предыдущее описание воздухозаборников и их особенностей подразумевало, что они имеют стационарную неизменяемую геометрию. То есть изначально при проектировании входное устройство расcчитывается для какого-то определенного режима работы, который так и называется расчетным (скачки уплотнения сфокусированы на обечайке). В процессе работы геометрические размеры и форма его не меняются.

Однако, в реальной эксплуатации далеко не всегда воздухозаборник работает на расчетном режиме, особенно у маневренных самолетов. Параметры атмосферы и параметры полета, режимы работы воздухозаборника и двигателя постоянно меняются, и их сочетание чаще всего не укладывается в понятие «расчетный».

А это означает, что для силовой установки в целом не всегда могут быть достигнуты достаточно высокие показатели. Поэтому целью конструкторов (для нашего случая конструкторов воздухозаборника ТРД) является достижение максимально возможного согласования режимов работы воздухозаборника и двигателя для того, чтобы получить по возможности наивыгоднейшие характеристики эффективности всей силовой установки и при этом обеспечить устойчивую и безопасную работу СВУ на всех возможных в эксплуатации сочетаниях режимов работы двигателя, параметров и условий полета.

Стоит заметить, что слова «по возможности» употреблены здесь по той причине, что требования сохранения высоких показателей эффективности (малые потери полного давления, большая степень повышения давления, малое сопротивление и достаточный расход) одновременно с большим запасом устойчивости противоречивы.

Например, с точки зрения сохранения высокой эффективности и отсутствия пульсаций потока из-за взаимодействия пограничного слоя со скачком S более выгоден докритический режим работы ВЗ. Однако при этом устойчивость невысока, возмущения могут распространяться против потока (дозвук в канале), параметры работы приближаются к границам помпажа.

Наоборот, на сверхкритическом режиме головная волна далека от системы косых скачков, устойчивость ВЗ высока. Но зато понижается эффективность, в частности из-за воздействия скачка S на пограничный слой. При глубокой сверхкритике этот скачок настолько близок к выходу из ВЗ, что значительно повышается вероятность зуда.

Поэтому, на практике приходится выбирать нечто среднее и часто допускать некоторое снижение эффективности из соображений обеспечения устойчивых режимов работы ВЗ. Этому способствует, в частности, и форма проточной части (как у сопла Лаваля), в принципе более располагающая к работе на сверхкритическом режиме.

Для традиционных воздухозаборников с постоянной геометрией возможности в достижении вышеупомянутого согласования режимов работы не слишком высоки, в особенности, если самолеты предусмотрены для эксплуатации на большом сверхзвуке (М>2). А значит и скоростной диапазон самолетов, на которых они установлены будет не очень широк.

Поэтому практически все современные сверхзвуковые входные устройства оборудованы системой изменения геометрии с целью обеспечения согласованной совместной работы с двигателем во всем скоростном эксплуатационном диапазоне.

Физический смысл регулирования СВУ состоит в том, чтобы обеспечить соответствие пропускной способности ВЗ пропускной способности двигателя на всех режимах его работы и всех эксплуатационных числах М полета. Пропускная способность ВЗ определяется пропускной способностью системы скачков и горла.

Регулирование происходит за счет перемещения так называемого клина , состоящего из нескольких панелей – для плоских(коробчатых) воздухозаборников, либо за счет осевого перемещения специального ступенчатого конуса (центральное тело) – для осесимметричных ВЗ. При этом меняется положение скачков уплотнения и площадь горла, а значит пропускная способность и запас устойчивости.

Картинв регулирования плоского ВЗ. Показана поворотная кромка обечайки.

Картина регулирования лобового осесимметричного ВЗ. Показаны створки подпитки и перепуска.

В упрощенном виде выдвижение клина с ростом скорости выглядит, как перекрытие канала воздухозаборника (или его горла) с тем чтобы не пропустить туда лишний воздух.

На самом деле при этом выдвижении и соответствующем изменении положения скачков (углы наклона) уменьшается площадь сечения захватываемой воздухозаборником струи воздуха, потому что воздух, проходя скачки уплотнения и двигаясь параллельно поверхности торможения растекается по сторонам. Из-за этого часть струи (внешние слои) просто не попадают в канал. В итоге объем воздуха, попадающего в ВЗ уменьшается (упоминалось выше).

Для осесимметричного СВУ процесс регулирования аналогичен. Только при выдвижении конуса косые скачки уплотнения не меняют своего наклона и взаимного расположения. Однако, точно также происходит уменьшение площади сечения захватываемой воздухозаборником воздушной струи, а уменьшение площади горла за счет так называемого «угла поднутрения » обечайки, потому как само горло при выдвижении конуса сдвигается ко входу.

Физическая картина регулирования СВУ (показан осесимметричный с конусом). Происходит уменьшение реальной пропускной способности воздухозаборника.

Элементами регулирования могут быть также дополнительные створки на передней кромке обечайки (поворотная обечайка ) и створки перепуска , которые для разных типов воздухозаборников помогают решать задачи сохранения нужного расхода и запаса устойчивости.

Например, для осесимметричных (лобовых) СВУ, у которых выдвижение конуса по конструктивным условиям заканчивается до достижения самолетом максимальных чисел М полета открытие створок перепуска, расположенных за горлом, позволяет предотвратить чрезмерное удаление от входа головной волны, тем самым снижая сопротивление и увеличивая запас устойчивости входного устройства .

На других же ЛА створки перепуска играют роль противопомпажного устройства и работают только в определенных условиях: глубокое дросселирование двигателя, выключение форсажа и др.

На взлетном режиме и в режиме малоскоростного дозвукового полета для обеспечения повышения расхода воздуха, а также снижения возможности срыва потока с острых кромок обечайки важно максимально раскрыть горло. Поэтому панели клина (или управляемый конус) устанавливаются в полностью убранное положение.

Кроме того для стартовых условий в СВУ с аналогичными целями могут быть применены уже упомянутые выше (для дозвуковых и трансзвуковых ВЗ) створки дополнительной подпитки воздухом , устанавливаемые за горлом ВЗ.

Эти створки открываются внутрь под действием разрежения создающегося в канале ВЗ при работе двигателя на старте или в полете с малыми скоростями. При достижении необходимой скорости и уменьшении разрежения створки закрываются. Возможно так же автоматическое открытие и закрытие таких створок от гидро- (Су-24М ) или электросистем.

Самолет Су-24М на посадочном курсе. Трансзвуковые воздухозаборники. Видна открытая правая створка подпитки.

Использование таких створок обеспечивает снижение потерь тяги на взлете (воздуха достаточно) и позволяет повысить устойчивость компрессора путем уменьшения интенсивности срывных явлений на острых входных кромках (для СВУ и трансзвуковых ВЗ).

Для плоских воздухозаборников существующие возможности регулирования по расходу воздуха ощутимо шире, поэтому часто для них не требуется использование створок перепуска (а также створок подпитки).

МиГ-31БМ. Хорошо видна поворотная кромка обечайки.

Кроме того у таких ВЗ есть возможность отклонения передней кромки обечайки (изменения «угла поднутрения»), что позволяет изменять геометрическую площадь входа. Отклонение внутрь уменьшает ее и позволяет на умеренном сверхзвуке удерживать головную волну вблизи передней кромки обечайки, что повышает устойчивость работы СВУ.

СВУ опытного самолета Е-155М. Виден убранный клин и следы его движения (на внешней стенке). А также перфорация и поворотная кромка обечайки (нижний край).

А отклонение наружу обеспечивает плавный вход потока в канал и уменьшает потери, связанные с его отрывом. Это важно, как уже упоминалось, в условиях взлета (малая скорость и большие углы атаки), когда возможны большие потери из-за срыва потока с острых передних кромок обечайки СВУ. Таким воздухозаборником обладает в частности самолеты МиГ-25 и МиГ-31 .

СВУ самолета МиГ-25 с открытой створкой обечайки.

СВУ самолета МиГ-25. Видна перфорация, поворотная кромка обечайки (внизу) и след от движения клина (убран вверх).

В системах регулирования воздухозаборников в принципе может применяться отдельное регулирование пропускной способности скачков и площади горла, когда каждая панель управляется отдельно по своей программе. Это так называемое многопараметрическое регулирование .

Однако в этом случае система получается слишком сложной. Поэтому на практике используется однопараметрическое управление, когда все панели связаны между собой кинематически и управляются перемещением только одного главного шарнира. То есть выбирается какой-то средний режим управления – однопараметрический.

Управление органами механизации воздухозаборника автоматическое, однако бывает предусмотрено и ручное, применяемое только в аварийных случаях. Специальная программа управления учитывает внешние факторы полета (число М, температуру воздуха) и частоту вращения ротора двигателя. Обычно программа формируется под уже заданные расходные параметры двигателя.

Влияние углов атаки и скольжения.

Сверхзвуковые входные устройства достаточно чувствительны к изменению углов атаки и скольжения . Конечная реакция воздухозаборников разных типов может отличаться, но в целом такое изменение оказывается вредным. Увеличение или уменьшение углов набегания потока меняет положение и интенсивность скачков уплотнения, что оказывает влияние на пропускную способность, величину потерь и запас устойчивости воздухозаборника .

Например, для лобовых осесимметричных входных устройств при больших положительных или отрицательных углах атаки ощутимо меняется симметрия обтекания поверхности торможения. С наветренной стороны интенсивность скачков увеличивается, значит увеличивается давление в потоке за скачками. С подветренной (затененной) стороны процесс противоположный, здесь степень повышения давления падает.

Обтекание лобового ВЗ на больших углах атаки.

В результате в канале и на поверхности торможения происходит поперечное перетекание потока из областей с меньшим давлением в области с большим давлением, что вызывает стекание пограничного слоя, его утолщение и отрыв. Следствием становится нестационарность потока, снижение устойчивости и действительного расхода воздуха.

Для плоских воздухозаборников степень влияния изменения углов атаки во многом определяется расположением воздухозаборника относительно элементов конструкции самолета.

Для улучшения работы воздухозаборников на положительных углах атаки (как лобовых, так и плоских) их геометрическую ось часто располагают под некоторым отрицательным углом к строительной горизонтали самолета. Этот угол называют «углом заклинения ». Он обычно составляет -2 ˚ …-3 ˚ . Такая мера позволяет понизить величину углов набегания потока при полете на больших углах атаки.

Подобный же угол наклона часто формируется и на нескоростных ВЗ. Например, на дозвуковых воздухозаборниках (пассажирские самолеты) плоскость входа может быть наклонена верхним сектором вперед (упоминалось выше).

Аналогичные меры разворота геометрической оси могут применяться и для более комфортного обтекания при полете с углом скольжения.

В некоторых воздухозаборниках на начальном участке внутреннего канала устанавливаются специальные перегородки для выравнивания потока и упорядочения поля скоростей.

Входные устройства DSI .

Для современных истребителей скорость их практического использования обычно ограничивается числом Маха, равным 2 (или даже менее). Это относится и к недавно появившимся самолетам пятого поколения. В связи с этим рассматриваются и уже находят практическое применение (F-22, F-35 ) идеи использования для них неуправляемых воздухозаборников.

Дело еще и в том, что системы управления ВЗ усложняют конструкцию, снижая, тем самым надежность, и добавляют вес. К тому же усложненные пространственные ВЗ новых самолетов часто делают затруднительным эффективное регулирование поверхностей сложной конфигурации.

Однако, достаточно высокие требования к таким воздухозаборникам, исходя из высоких же заданных характеристик вновь разрабатываемой техники, в особенности истребителей 5-го поколения, заставляют искать способы их усовершенствования и улучшения параметров, которые они всегда имели на самолетах, созданных в предыдущие годы.

Такие параметры, как малая радиолокационная заметность и крейсерский полет на сверхзвуке (пусть и не слишком большом) – нормальные требования для самолета 5-го поколения. А это значит, что все особенности конструкции, увеличивающие РЛ заметность должны быть по возможности нивелированы. Потери полного давления в воздухозаборнике должны быть также уменьшены.

Важным шагом на этом пути стал относительно новое входное устройство , так называемый воздухозаборник DSI . В нем, в частности, использованы две идеи, позволяющие усовершенствовать воздухозаборник путем уменьшения потерь давления.

Первая – это увеличение количества скачков уплотнения. Чем их больше, тем потери меньше. Теоретически увеличение количества скачков уплотнения до бесконечности сводит потери полного давления к нулю.

Вторая . Скачки уплотнения, сгенерированные конусом имеют меньший угол наклона, нежели скачки, сгенерированные клином (углы при вершине конуса и клина равны). Поэтому с точки зрения потерь полного давления при торможении в ВЗ более выгодным считается лобовой осесимметричный воздухозаборник. Однако он не всегда может быть скомпонован в конструкции.

Экспериментальный МиГ-23ПД с секторными воздухозаборниками.

Компромиссом в этом смысле стали так называемые секторные воздухозаборники (упоминались выше – самолеты типа Мираж, F-111, МиГ-23ПД, Ту-128), у которых центральным телом в воздухозаборнике выступает часть (сектор) конуса. Эффективность таких ВЗ может быть выше, чем у обычных плоских боковых.

F-111C с секторным воздухозаборником.

В воздухозаборнике DSI новым элементом является так называемая рампа , представляющая собой поверхность торможения (сжатия) на входе в ВЗ и имеющая форму, аналогичную форме части поверхности конуса. То есть течение потока здесь тоже коническое (оптимальное для воздухозаборника).

Коническая поверхность торможения воздухозаборника DSI.

Кроме того специальные стреловидные (или косые) кромки обечайки такого воздухозаборника также создают множественные волны сжатия (иначе говоря веер волн сжатия (или скачков уплотнения на сверхзвуке)).

В результате помимо так называемого пространственного сжатия , эти волны во взаимодействии с коническим течением на рампе при определенных условиях оказывают разворачивающее действие в поперечном направлении на линии тока на ней, то есть на пограничный слой, набегающий от элементов фюзеляжа, расположенных перед воздухозаборником. Происходит его слив за пределы воздухозаборника, что уменьшает потери полного давления и повышает устойчивость работы.

Картина линий тока пограничного слоя для DSI-воздухозаборника.

При достаточном сверхзвуке, то есть на расчетном режиме, в зависимости от формы кромки ВЗ воздействием волн сжатия от нее больший объем пограничного слоя может быть слит за пределы воздухозаборника. Для косой кромки при М1,25 — до 90%, для стреловидной кромки в форме «клыка» — при М1,4 — до 85%.

Действия по сливу пограничного слоя отражены в самой аббревиатуре названия такого воздухозаборника – DSI (diverterless supersonic inlet). В буквальном переводе эта аббревиатура означает что-то вроде «воздухозаборник без отклонителя». Слово «отклонитель» здесь, конечно, искуственное и означает традиционный канал для слива пограничного слоя, который имеется на самолетах с примыкающими воздухозаборниками (упоминалось выше).

Канал этот достаточно широк и ощутимо увеличивает радиолокационную заметность самолета. Таким образом воздухозаборники DSI в этом плане дают преимущество, так как для них специального канала для слива ПС не предусмотрено, что, кстати, положительно влияет и на уменьшение аэродинамического сопротивления. Кроме того выступ рампы ощутимо перекрывает просвет воздухозаборника, уменьшая прямую видимость лопаток первой ступени компрессора двигателя, что также достаточно важно с точки зрения уменьшения радиолокационной заметности.

Экспериментальный XF-35. Хорошо видна рампа и кромка воздухозаборника DSI типа "клык".

Истребитель F-35 с воздухозаборниками DSI. Хорошо видна коническая поверхность торможения - рампа.

Примером такого типа воздухозаборника может стать ВЗ самолетов F-35, XF-35. XF-35 имеет кромку воздухозаборника тип «клык».

Справедливости ради….

Все же стоит отметить, что расчет и конструирование новых пространственных неуправляемых воздухозаборников и воздуховодов дело сложное и дорогое. Таких, например, как у F-22, у которого еще и S-образные воздушные каналы от ВЗ до двигателей.

Истребитель -22 с пространственными нерегулируемыми воздухозаборниками.

На нерасчетном режиме работа таких ВЗ, несмотря на всю их продвинутость обязательно будет сопровождаться потерями, а значит меньшей эффективностью силовой установки. А ведь таких режимов множество.

Управляемые воздухозаборники этих потерь, можно сказать, не имеют. В этом случае работа системы воздухозаборник-двигатель оптимизирована для всех режимов, достаточно предсказуема, контролируема и имеет высокие параметры эффективности.

Поэтому выбор типа воздухозаборника — это своего рода компромисс, заставляющий учитывать многие, часто противоречивые факторы. Например, истребитель Т-50 имеет регулируемые ВЗ пространственного сжатия. F-22 имеет пространственные нерегулируемые ВЗ.

Самолет Т-50. Управляемые СВУ с пространственным сжатием.

При этом российский истребитель достойный конкурент американцу (даже превосходящий его во многом) несмотря на меньшую стендовую тягу двигателей, да еще и со значительно меньшими затратами. Вполне вероятно, что эффективность силовой установки F-22 на нерасчетных режимах (особенно при быстром маневрировании) не столь высока, как об этом говорится в открытых источниках.

————————————-

На этом, пожалуй, и закончим. Надеюсь, что основные положения этой, на самом деле достаточно сложной для понимания и обширной темы, уже перестали быть непонятными. Спасибо, что дочитали до конца. До новых встреч и статей.

В конце добавлю картинки, которые «не влезли» в основной текст.

Лобовой осесимметричный ВЗ самолета Су-17.

Механика регулировки осесимметричного и плоского воздухозаборников.

Створки подпитки на двигателе НК-8-2У (самолет Ту-154Б-2). Открыты в процессе взлета.

Истребитель МиГ-21-93. Лобовой осесимметричный ВЗ с регулируемым конусом.

Створки подпитки на истребителе Хариер.

Секторный СВУ самолета F-111.

Воздухозаборники F-22.

самолет F-5 с трансзвуковыми ВЗ.

Для работы двигателя внутреннего питания необходим воздух, который отбирается из атмосферы с помощью специального устройства — воздухозаборника. О том, что такое воздухозаборник и для чего он нужен, каких типов бывает и как устроен, а также о правильном выборе и замене этой детали — читайте в статье.

Что такое воздухозаборник?

Воздухозаборник (заборник воздуха) — деталь системы питания транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания; трубы различной формы, сечения и конструкции для забора воздуха и его направленной подачи на воздушный фильтр и далее в карбюратор или дроссельный узел.

На воздухозаборник возложено несколько функций:

• Отбор атмосферного (холодного) воздуха для подачи на двигатель;
• Отбор теплого воздуха для питания двигателя в момент холодного запуска и при прогреве (преимущественно в холодное время года);
• Направленная подача воздуха к фильтру независимо от его расположения (это позволяет удобно располагать фильтр и другие детали системы питания);
• Некоторые типы воздухозаборников — защита системы питания двигателя от попадания в нее воды и грязи;
• В некоторых автомобилях и при тюнинге — выполнение функций декоративного элемента.

Воздухозаборники являются важными деталями системы питания двигателя, так как от их конструкции, места установки и общего технического состояния зависят объем и стабильность подачи воздуха к двигателю. Поэтому при поломке данной детали ее необходимо отремонтировать или заменить. Чтобы сделать верный выбор воздухозаборника для автомобиля, необходимо разобраться в их типах, конструкции и особенностях.

Типы, конструкция и применяемость воздухозаборников

Конструктивно все заборники воздуха одинаковы — это труба круглого, прямоугольного или более сложного сечения, которая одной стороной устанавливается на корпусе воздушного фильтра, а другой выходит в наиболее удобное место внутри кузова или снаружи автомобиля. Под действием разряжения, возникающего во впускном тракте системы питания двигателя, воздух всасывается через наружную часть заборника, поступает к фильтру и далее в систему.

Воздухозаборники можно разделить на две группы по месту установки на транспортном средстве:

• Наружные;
• Внутренние.

Наружные заборники устанавливаются за пределами кузова автомобиля — над капотом, над крышей, за задней поверхностью кабины и т.д. Для установки выбирается такое место, где наблюдается нормальное или повышенное давление воздуха во время движения транспортного средства, избегая зон турбулентности (завихрений) с пониженным давлением.

Внутренние заборники располагаются в подкапотном пространстве в непосредственной близости от двигателя. Для подачи воздуха в моторный отсек служат отверстия в капоте, крыльях или в иных деталях кузова. Данные воздухозаборники делятся на два типа по назначению:

• Для забора холодного воздуха;
• Для забора теплого воздуха.

Заборники первого типа располагаются на некотором удалении от двигателя, обеспечивая подачу к фильтру воздуха с температурой окружающей среды. Заборники второго типа располагаются у наиболее нагретых частей двигателя (обычно монтируется непосредственно на выпускной коллектор), обеспечивая подач к фильтру теплого воздуха. Система из двух заборников воздуха облегчает зимнюю эксплуатацию двигателя, ускоряя его прогрев. Как правило, такая система содержит терморегулятор с заслонкой, изменяя положение которой можно смешивать теплый и холодный воздух для достижения оптимальной температуры поступающей в цилиндры топливно-воздушной смеси.

Схема воздушного тракта системы питания двигателя легковых автомобилей

Схема воздушного тракта системы питания двигателя грузовых автомобилей

Воздухозаборники наружные и холодного воздуха делятся на две группы по способу подачи воздуха:

• Пассивные;
• Активные.

Пассивные заборники воздуха — это простые устройства в виде пластиковых или металлических труб различной конфигурации, которые обеспечивают лишь подвод воздуха к фильтру. Такую конструкцию имеет большинство воздухозаборников легковых автомобилей и очень многих грузовиков. На наружной стороне данных устройств могут располагаться различные вспомогательные устройства — «грибки» для защиты от пыли и грязи, резонаторы для формирования потока воздуха определенной структуры, сетки, жалюзи и т.д.

Активные заборники воздуха — это более сложные устройства, которые не просто доставляют воздух к фильтру, но и решают одну или несколько вспомогательных задач. Наибольшее распространение имеют два вида активных воздухозаборников:

• Моноциклоны — заборники с завихрителями (неподвижными лопастями, расположенными поперек оси потока воздуха), которые придают потоку воздуха вращение для дополнительной очистки от пыли (за счет центробежных сил) и лучшей наполняемости системы питания. Примером моноциклона служит типичный воздухозаборник тракторов МТЗ в виде грибка, также несколькими циклонами оснащаются современные заборники грузовых автомобилей, предназначенных для эксплуатации в условиях повышенной запыленности;
• Вращающиеся заборники — устройства, на наружной стороне которых установлен вращающийся сетчатый барабан с крыльчаткой и завихрителем. Барабан приходит во вращение под действием набегающего потока воздуха, благодаря этому происходит отсеивание крупного мусора и формирование завихренного потока воздуха в системе питания. Также вращение обеспечивает самоочистку наружной поверхности барабана от застревающих частиц загрязнений, поэтому данные устройства используются на автомобилях и различной технике (тракторы, комбайны), эксплуатируемой в условиях повышенной запыленности.

Оба этих воздухозаборника, а также и все заборники с сетками на входе, считаются фильтрами грубой очистки воздуха, которые устраняют проникновение в систему питания крупных частиц (камней, травы и т.д.) и значительно продлевают ресурс воздушного фильтра.

В отдельную группу выделяются воздухозаборники специального назначения — шноркели (шнорхели). Эти устройства используются на внедорожниках и другой технике, которой в процессе эксплуатации приходится преодолевать глубокие водные преграды и двигаться по бездорожью (военная техника, раллийные автомобили). Шноркель представляет собой герметичную трубу, вынесенную на уровень крыши автомобиля — расположение в самой высокой точке автомобиля обеспечивает защиту от воды и грязи. Обычно шноркели оборудуются поворотным заборником, который можно развернуть по ходу или против хода движения автомобиля, он имеет сетку и может оснащаться вспомогательными деталями (для отвода воды, для завихрения воздуха и т.д.).

Воздухозаборник на капот

Наконец, существует большая группа капотных воздухозаборников легковых автомобилей, которые выполняют две функции — формирование направленного потока воздуха и украшение. Эти устройства имеют разнообразный дизайн и привносят во внешний вид автомобиля новые ноты, и, в то же время, обеспечивают интенсивную подачу воздуха в подкапотное пространство или непосредственно к внутреннему заборнику воздуха. Но сегодня распространение получили и чисто декоративные воздухозаборники, которые помогают придать автомобилю более агрессивный, спортивный вид, но практически не оказывают никакого влияния на работу воздушного тракта его системы питания.

Вопросы выбора и замены воздухозаборников

В процессе эксплуатации транспортного средства воздухозаборник не подвергается большим нагрузкам, однако он может быть поврежден вследствие удара (чему особенно подвержены наружные заборники грузовых автомобилей, тракторов и другой техники) или вибраций, либо потерять свои характеристики от старения (особенно этому подвержены пластиковые детали). При неисправности деталь следует заменить, иначе может нарушиться режим работы двигателя, повыситься интенсивность засорения фильтров и т.д.

На замену следует выбирать только те воздухозаборники, которые подходят для данного автомобиля или трактора — это легко сделать по типу и каталожному номеру детали. Замена возможна только в тех случаях, когда на разной технике используются одинаковые детали — как, например, заборники всех автомобилей КАМАЗ, «грибки» на воздухозаборники, моноциклоны и вращающиеся заборники многих тракторов и грузовиков, и т.д.

Замена заборника обычно сводится к демонтажу старой детали и установке новой, для этого требуется выкрутить несколько винтов, демонтировать пару хомутов и снять один или два уплотнителя. При монтаже следует соблюдать правильность установки уплотнителей и обеспечивать максимально герметичный монтаж, чтобы избежать подсоса воздуха через щели. Все работы следует выполнять в соответствии с инструкцией по ремонту и ТО автомобиля.

Выбор декоративного воздухозаборника сводится к подбору детали, подходящей по месту установки и внешнему виду. Монтаж заборника может выполняться различными способами, в том числе и без выполнения сверления капота и иных кузовных деталей — в каждом конкретном случае следует придерживаться приложенной инструкции.

При верном подборе и замене воздухозаборника двигатель будет получать необходимое количество воздуха и нормально работать в любых условиях.

Основными параметрами, характеризующими двигатель как силовую установку самолета, являются развиваемая им тяга и удельный расход топлива. Эти параметры определяются на основании характеристик внутридвигательных процессов, которые в случае турбореактивного двигателя зависят главным образом от работы компрессора и турбины. Однако с увеличением скорости полета остальные узлы и агрегаты начинают оказывать на работу двигателя все большее влияние. Это в первую очередь относится к воздушному каналу, форма которого зависит не только от конструкции и назначения двигателя, но также и от его местоположения на планере. С увеличением скорости полета потери давления в воздушном канале увеличиваются, вследствие чего происходит уменьшение тяги двигателя и увеличение удельного расхода топлива.

Рис. 1

Следовательно, определяющими для самолета являются характеристики двигательной установки в целом, а не одного только двигателя. Это утверждение в первую очередь относится к сверхзвуковым самолетам, так как различие между соответствующими характеристиками двигательной установки и двигателя возрастает с увеличением скорости полета. Поэтому для двигательной установки вводится понятие «эффективная тяга», под которой понимается результирующая сил, действующих на внешние и внутренние поверхности двигателя. Характер и величины сил, создаваемых внутренним давлением, и сил трения, обусловленного вязкостью рабочего тела, определяются процессами, происходящими внутри двигателя. Силы же, действующие на внешние поверхности, определяются характером обтекания двигателя внешним потоком и зависят от местоположения и способа установки двигателя на планере, а также от скорости полета. Воздухозаборник и воздушный канал, обычно составляющие часть планера, более других элементов влияют на силу тяги, создаваемой двигательной установкой. Они обеспечивают подвод воздуха, необходимого для нормальной работы двигателя, в требуемом количестве и с определенными скоростью и давлением. При малых скоростях полета сжатие воздуха перед камерой сгорания происходит главным образом в компрессоре. С ростом же скорости полета, а особенно после достижения сверхзвуковых скоростей, появилась возможность использования кинетической энергии потока для повышения давления воздуха, подводимого к двигателю. При таких скоростях роль воздухозаборника существенно возрастает, поскольку использование кинетической энергии набегающего потока воздуха приводит к уменьшению расхода энергии на привод компрессора. Такое входное устройство является фактически предварительным бестурбинным компрессором.

В околозвуковых самолетах достаточно хорошо выполняет свою функцию воздухозаборник постоянной геометрии с закругленной передней кромкой. Тщательное профилирование воздухозаборника обеспечивает малые потери, а также однородное поле скоростей потока перед компрессором. Однако при сверхзвуковой скорости перед таким воздухозаборником на расстоянии толщины ударного слоя образуется неприсоединенный прямой скачок уплотнения, за которым скорость уменьшается до дозвукового значения. Такому скачку сопутствует большое волновое сопротивление, поэтому воздухозаборники постоянной геометрии с закругленной передней кромкой могут использоваться только до М ‹ 1,14-1,2.

Для сверхзвуковых самолетов потребовалось разработать воздухозаборники иной формы и иного принципа действия. Ввиду широкого диапазона эксплуатационных скоростей этих самолетов их воздухозаборники и воздушные каналы должны одинаково хорошо работать в разных условиях, обеспечивая как простой подвод воздуха при взлете, так и создание оптимальной системы скачков уплотнения в полете с максимальной скоростью. Таким образом, конструкция воздухозаборника зависит от скорости полета и расположения двигателя на планере, а также от формы и принципа действия входного устройства двигателя.

В построенных до настоящего времени сверхзвуковых самолетах нашли применение воздухозаборники:

• 1) центральные (лобовые), т.е. размещенные по оси симметрии самолета (или оси гондолы), либо боковые (по бокам фюзеляжа);
• 2) нерегулируемые либо регулируемые, т.е. воздухозаборники, внутренняя геометрия которых постоянна или может изменяться в зависимости от условий полета;
• 3) с внешней, внутренней или комбинированной компрессией, т.е. воздухозаборники, в которых сжатие воздуха путем преобразования кинетической энергии потока в статическое давление происходит соответственно перед воздухозаборником либо в воздушном канале;
• 4) плоские либо трехмерные, т.е. воздухозаборники, форма поперечных сечений которых близка к прямоугольной либо круглой (полукруглой, эллиптической и т.п.).

Из этих данных следует, что на 33 самолетах применен лобовой воздухозаборник (в том числе на 13 нерегулируемый), а на 52-боковой (в том числе на 17 нерегулируемый). Три самолета с ракетным двигателем, естественно, не имели воздухозаборника. Лобовые воздухозаборники в 21 случае размещены в фюзеляже и в 12-в гондолах. Среди фюзеляжных воздухозаборников в 18 случаях они находятся в носовой части фюзеляжа, а в остальных 3 применен надфюзеляжный (в самолете YF-107A) или под фюзеляжные (в самолетах «Гриффон» и F-16). Боковые же воздухозаборники обычно размещаются перед передней кромкой крыла в его плоскости, над крылом либо под ним в зависимости от принятой аэродинамической схемы самолета. Первый вариант характерен для среднепланов, а второй и третий - соответственно в низкопланах и высокопланах.

Центральные воздухозаборники в фюзеляже или в индивидуальных гондолах выполнены почти исключительно круглыми по форме поперечного сечения, и только в редких случаях использована овальная форма (F-100, «Дюрандаль» и др.) Преимуществом воздухозаборников двигателей, размещенных в гондолах, является их непосредственное соединение с компрессором, благодаря чему они имеют малую массу, малые потери давления и равномерное поле скоростей потока. В крейсерском полете со сверхзвуковыми скоростями для круглых воздухозаборников характерна, кроме того, постоянная система скачков уплотнения, соответствующая расчетным условиям работы.

К недостаткам круглых воздухозаборников относится снижение их эффективности с увеличением угла атаки, обусловленное изменением системы скачков уплотнения. В случае центральных фюзеляжных воздухозаборников воздушный канал оказывается длинным и сложным по форме, что требует значительного объема фюзеляжа и затрудняет размещение топлива, оборудования и т.п. Кроме того, такой воздухозаборник исключает возможность применения радиолокационной антенны большого диаметра, величина которого ограничена габаритами центрального тела, размещенного внутри входного устройства.

Недостаток надфюзеляжного и подфюзеляжного воздухозаборников состоит в снижении их эффективности при больших углах атаки (соответственно положительных или отрицательных) ввиду того, что воздухозаборник заслоняется фюзеляжем и крылом.

Боковым воздухозаборникам свойственно значительно большее разнообразие форм поперечного сечения. В начальный период развития сверхзвуковых самолетов обычно применялись воздухозаборники полуэллиптические, полукруглые или составляющие четверть круга. В последнее время почти повсеместно применяются плоские боковые воздухозаборники прямоугольной формы с закругленными углами. Отказ от полукруглых воздухозаборников объясняется стремлением не искажать профиль корневых частей крыла и плоскую форму несущего фюзеляжа. Размещение воздухозаборников по бокам фюзеляжа позволяет не только значительно укоротить воздушные каналы, но и занять всю носовую часть фюзеляжа оборудованием, в том числе оборудованием радиолокационной станции. Плоские боковые воздухозаборники работают очень эффективно во всем диапазоне эксплуатационных скоростей и углов атаки.

Основными недостатками боковых воздухозаборников являются затенение одного из них фюзеляжем во время выполнения маневров со скольжением при сверхзвуковой скорости полета и влияние на их работу пограничного слоя, который является основным источником неравномерности поля скоростей в воздухозаборнике и воздушном канале. Пограничный слой возникает в результате вязкого трения воздушного потока на обтекаемых поверхностях самолета, причем скорость потока у обшивки резко падает до нуля. При сверхзвуковом обтекании скачки уплотнения, взаимодействуя с пограничным слоем, вызывают местный отрыв потока от обтекаемой поверхности с резким увеличением толщины пограничного слоя 1. и т.д., где 1. Толщина пограничного слоя зависит от скорости полета, коэффициента вязкости воздуха, а также от длины обтекаемого участка поверхности. Принимается, что толщина пограничного слоя составляет 1% длины обтекаемого участка при сверхзвуковой скорости полета и возрастает с уменьшением скорости.

Неравномерность распределения скорости изза пограничного слоя возрастает так значительно, что, например, в самолете с воздухозаборниками, непосредственно прилегающими к обшивке фюзеляжа, при скорости полета М = 2,5 тяга уменьшается на ~ 45%, а удельный расход топлива увеличивается на ~ 15%.

Рис. 2

а-боковой воздухозаборник самолета F-4 (видны подвижная передняя и неподвижная-с системой отвода пограничного слоя-части клина); б-боковой воздухозаборник самолета «Мираж» III (видны щель для отвода пограничного слоя с поверхности фюзеляжа и генератор скачков уплотнения в виде полуконуса); в-подфюзеляжный воздухозаборник самолета F-16.

Аналогичная проблема существует и для лобовых воздухозаборников, оснащенных конусами или клиньями, а также для воздухозаборников с внутренней или комбинированной компрессией. Помпаж воздухозаборника или двигателя, вызванный отрывом потока, может привести к аварии. Для устранения этого нежелательного и опасного явления применяют устройства для отвода пограничного слоя с поверхности фюзеляжа (крыла) перед боковым, под- или надфюзеляжным воздухозаборником, а также отверстия для отсоса пограничного слоя с поверхности конуса или клина, что благоприятствует безотрывному обтеканию. При этом воздух пограничного слоя отводится во внешний поток либо используется для охлаждения двигателя. турбореактивный двигатель воздухозаборник генератор

Таким образом, проблема работы воздухозаборника самолета с М ‹ 1,1-1,2 весьма сложна, и поэтому входное устройство должно быть спроектировано несколько иначе, чем в дозвуковом самолете.

В диапазоне малых сверхзвуковых скоростей еще применимы нерегулируемые воздухозаборники, выполняемые с заостренными входными кромками, на которых возникает локальный присоединенный прямой скачок уплотнения.

Скорость потока за таким скачком уменьшается до дозвуковой, но она еще так велика, что необходимо дальнейшее замедление потока до значения скорости, требуемого для компрессора. Происходит это в расширяющемся диффузоре. Использование входных острых кромок препятствует возникновению в воздухозаборнике толстого пограничного слоя и последующему отрыву этого слоя, ухудшающему работу двигателя. За локальным присоединенным скачком уплотнения скорость воздуха уменьшается до дозвукового значения так же резко, как и за неприсоединенным головным скачком, однако вследствие его локальности большая часть кинетической энергии переходит в статическое давление (остальная преобразуется в тепловую энергию). Тем не менее с увеличением скорости полета интенсивность скачка и соответственно потери в процессе динамического сжатия возрастают, вследствие чего снижается тяга двигательной установки. Поэтому воздухозаборники такого типа применяются в самолетах с максимальной скоростью, не превосходящей М = 1,5. При более высоких скоростях хорошая эффективность динамического сжатия на бегающего потока может быть достигнута только в системе косых скачков уплотнения, для которых характерна меньшая интенсивность, т.е. меньшее падение скорости и меньшие потери давления. Скорость потока за косым скачком еще остается сверхзвуковой, и если она соответствует числу Маха, не превышающему 1,5-1,7, то дальнейшее торможение потока может происходить в прямом скачке. Потери в таком слабом скачке невелики, а дозвуковая скорость за ним уже приемлема для воздушного канала. Двухскачковый воздухозаборник работает эффективно до скорости полета М = 2,2. При дальнейшем увеличении скорости набегающего потока возрастает также число Маха за косым скачком. Если оно превышает 1,5-1,7, то поток воздуха следует дополнительно сжать в еще одном косом скачке, чтобы его скорость перед замыкающим прямым скачком имела приемлемое значение. Воздухозаборник с такой системой скачков называется трехскачковым и может применяться до М ~ 3.

Требуемую систему скачков можно создать путем выдвижения из воздухозаборника вперед элемента с острой вершиной (независимо от использованного принципа компрессии) либо путем использования воздухозаборника с острыми входными кромками и соответствующим образом спрофилированного диффузора (во входных устройствах с внутренней или комбинированной компрессией).

Конструктивные элементы внутри воздухозаборника, используемые для создания косых скачков уплотнения, называются генераторами скачков. На практике нашли применение генераторы в форме конусов, полуконусов, четвертьконусов и клиньев. На их вершинах при сверхзвуковом полете образуется присоединенный скачок с углом наклона, зависящим как от угла при вершине тела, так и от числа Маха. Поскольку в косом скачке изменение параметров потока, как уже упоминалось выше, происходит менее резко, чем в прямом, значительно меньше и потери, а тем самым выше создаваемое статическое давление. Статическое давление заторможенного потока тем больше, чем выше скорость полета и число косых скачков уплотнения, в которых происходит преобразование энергии.

На практике используются двух-, трех- и даже четырехскачковые системы. Второй и последующие косые скачки могут создаваться генератором с ломаной образующей или в результате отражения волн возмущения от внутренних стенок диффузора. Первый способ создания скачков характерен для воздухозаборников с внешней компрессией, а второй-с комбинированной.

Рис. 3.

а -«Сюпер-Мистэр» В.4; 6-F-100; e-F-104; г-F.D.l; d-F-8; е-В-58.

Рис. 4

В воздухозаборниках с внутренней компрессией скачки индуцируются внутри неосесимметричного воздушного канала благодаря соответствующему профилю поперечных сечений диффузора.

Описанные выше способы создания скачков уплотнения различаются между собой местом образования скачков относительно плоскости входа в воздухозаборник. Общей чертой их является многоступенчатость процесса торможения потока, благодаря чему обеспечиваются максимальное использование динамического сжатия, минимальные потери и равномерное распределение скорости.

На первых сверхзвуковых самолетах с воздухозаборниками, оснащенными генераторами косых скачков уплотнения, использованы входные устройства с внешней компрессией. По сравнению с другими они довольно просты в регулировке и имеют малую массу. Генератор размещается относительно входа в воздухозаборник таким образом, чтобы генерируемый им первичный скачок касался входной кромки воздухозаборника в расчетных условиях полета, что позволяет получить максимальный захват воздуха, минимальные потери в процессе сжатия и минимальное внутреннее сопротивление входного устройства.

Однако существенными недостатками входных устройств этого типа по сравнению с другими являются большое (наибольшее) внешнее сопротивление, связанное с изменением направления движения потока, а также наименьший прирост статического давления и большая лобовая площадь из-за того, что внутри воздухозаборника необходимо разместить генератор скачков. Теоретически наиболее рационально использование входных устройств с внутренней компрессией, которые наиболее эффективны и обладают минимальным внешним сопротивлением. Однако такие входные устройства пока не нашли практического применения ввиду сложности конструкции профилированного воздушного канала и необходимости плавного изменения его внутренней геометрии в соответствии с изменяющимися условиями полета и работы двигателя. В настоящее время все шире применяются входные устройства с комбинированной компрессией, которые при относительно простой конструкции отличаются довольно высокой эффективностью.

Представленные примеры геометрии и конструкции воздухозаборников свидетельствуют о возможности индивидуального подхода к задаче проектирования воздухозаборника с учетом изменяющихся условий его работы. Показанные на рис. 1.45 и 1.46 воздухозаборники принципиально различаются по форме и внешнему виду, но они аналогичны по характеру работы при определенной скорости. Разница в деталях обычно связана с принятыми теоретическими предпосылками, результатами экспериментов и вкусами конструкторов.

Например, британский экспериментальный самолет F.D.2, на котором в 1956 г. был установлен мировой рекорд скорости (1822 км/ч), имел весьма специфичный воздухозаборник. Его верхняя входная кромка заострена и выдвинута вперед относительно закругленной нижней. С одной стороны, это приводит к возникновению на верхней кромке присоединенного косого скачка, который проходит на определенном расстоянии перед нижней кромкой, не позволяя возникнуть около нее неприсоединенному прямому скачку. С другой же стороны, выдвижение верхней кромки вперед позволяет увеличить лобовое сечение воздухозаборника в полетах на больших углах атаки, когда скорость полета мала, а требуемый расход воздуха в двигателе велик.

Кроме того, получили распространение устройства дополнительного подвода или отвода воздуха, входящие в систему воздухозаборника. К таким устройствам относят впускные (взлетные) и перепускные створки, которые обычно располагаются либо вблизи регулирующего элемента (конуса, рампы, клина), либо по длине воздушного канала и открываются или закрываются в зависимости от требуемого для двигателя расхода воздуха. На рис. 1.47 показаны положения элементов воздухозаборника самолета F-14 на различных режимах полета.

При взлете и полете с небольшими скоростями передняя и задняя части подвижной рампы воздухозаборника подняты, а взлетно-перепускная створка открыта, благодаря чему обеспечивается поступление к двигателю требуемого количества воздуха, несмотря на малую скорость набегающего потока. С увеличением скорости полета и давления воздуха на входе в компрессор направление воздушного потока, протекающего через взлетную створку, меняется на противоположное, и излишний воздух из воздушного канала перепускается в атмосферу. При полете с околозвуковой скоростью пропускная способность створки оказывается недостаточной, и для ограничения поступления воздуха в компрессор задняя часть рампы отклоняется вниз, вследствие чего уменьшается проходное сечение воздухозаборника, а размеры канала для отвода воздуха увеличиваются. При полете с большими сверхзвуковыми скоростями передняя и задняя части рампы еще больше отклоняются вниз, обеспечивая поступление в двигатель оптимального количества воздуха. Щель между передней и задней частями рампы используется для отвода пограничного слоя.

Из представленного выше обсуждения следует, что сверхзвуковые воздухозаборники с генератором косых скачков должны профилироваться таким образом, чтобы при расчетной скорости полета первичный скачок касался входной кромки. Такое положение скачка обеспечивает наибольшую эффективность работы входного устройства, поскольку при этом расход воздуха максимален, потери в процессе сжатия и входное сопротивление минимальны, а двигатель работает наиболее устойчиво. Очевидно, что такие условия существуют лишь при определенном числе Маха. Это означает, что данному числу Маха соответствует определенное положение генератора скачков относительно входной кромки воздухозаборника, а на других режимах работы характеристики воздухозаборника ухудшаются. Таким образом, в широком диапазоне сверхзвуковых скоростей набегающего потока удовлетворительные характеристики работы двигателя с нерегулируемым воздухозаборником обеспечить не удается.

Этот недостаток является следствием несоответствия постоянной геометрии воздухозаборника, рассчитанной для определенных условий течения, оптимальным параметрам внутреннего и внешнего потоков при нерасчетных условиях. Этот недостаток может быть устранен частично или полностью путем изменения геометрии воздухозаборника (входного, критического и/или выходного сечений) в соответствии с изменяющимися скоростью и высотой полета. Обычно это осуществляется посредством плавного автоматического перемещения регулирующего элемента, что обеспечивает требуемый расход воздуха при малом внешнем сопротивлении в широком диапазоне скоростей полета, соответствие пропускной способности входного устройства производительности компрессора и соответствие системы скачков конфигурации воздухозаборника. Это исключает также возможность возникновения неприсоединенного прямого головного скачка - основной причины неудовлетворительной работы воздухозаборника и воздушного канала в целом.

В заключение следует отметить, что расположение двигателей и воздухозаборников на самолете, как и выбор типа входного устройства, являются предметом комплексных исследований, учитывающих не только требования обеспечения наилучших условий работы двигательной установки, но и характеристики самолета в целом.

С массовым появлением реактивных авиационных двигателей в 40-х годах, важнейшую роль в конструкции самолетов стали играть воздухозаборники.

Их можно сравнить с легкими человека. Так же как кислород в легких служит для жизнеобеспечения всех живых материй в организме человека, так и воздух из воздухозаборников служит для жизнеобеспечения «сердца» самолета - его силовой установки (двигателей).

Воздушно-реактивные двигатели работают на горючем (сегодня это преимущественно сжиженный газ). Для того, чтобы произошло внутреннее возгорание газа, его необходимо окислить (хотя больше сюда подойдет слово «испарить»). Окислителем в данном случае является кислород, количество которого в воздухе составляет 23%. Получается, что пригодным для работы двигателя воздухом является только четверть, но куда девается остальной воздух? Остальные 77% воздуха используются для охлаждения камеры горения, а также сопла, из которого выходят в атмосферу раскаленные продукты горения. Специалисты называют этот воздух вторичным или вентиляционным. Он помогает защитить стенки камеры и турбины от повреждений: трещин, обугливания и, в самом крайнем случае, плавления.

Воздухозаборник, затем специальный компрессор, служащий для сжатия воздуха, а также камера сгорания представляют собой единую систему в любом современном реактивном двигателе. Взаимодействуют они следующим образом: сначала воздух поступает в воздухозаборник, где сжимается и нагревается до температуры от 100 до 200 єС (такая температура обеспечивает достаточное испарение топлива и практически полное его сгорание), далее воздух попадает в компрессор, где проходит еще одну стадию сжатия и нагревания, и наконец, в уже готовом виде оказывается в камере сгорания вместе с газом, где мощная электрическая искра воспламеняет смесь из кислорода и газа. Скорость, с которой воздух поступает в камеру сгорания, составляет 120 - 170 м/сек. Этот поток в 3 - 5 раз сильнее порыва ветра при самом мощном урагане, способном разрушать здания.

В воздушно-реактивных двигателях современных сверхзвуковых самолетов (от 1400 км/ч и более) компрессор утратил свою актуальность, так как при высокой скорости воздухозаборник сам достаточно эффективно нагревает и сжимает воздух.

Cовременные воздухозаборники состоят из трех слоев: двух металлических пластов и, расположенного между ними, стеклотканного сотового заполнителя. Вероятнее всего, выбор авиаконструкторов пал на такую конструкцию по следующим причинам: во-первых, использование сотового заполнителя обеспечивает большую прочность конструкции, хотя на первый взгляд может показаться, что это отнюдь не так; во-вторых, сотовый заполнитель является хорошим звуко-и теплоизолятором. В углублении на первом плане устанавливается вентилятор, который равномерно распределяет поток воздуха.

Воздухозаборники различаются и по размерам, и по форме, и по расположению на корпусе. Точных данных об их размерах нет, но можно сказать, что в среднем воздухозаборники современных самолетов в диаметре достигают, как минимум, 1 метра, но немало и исключений, это касается легких военных самолетов с небольшими габаритами. На больших транспортных и пассажирских самолетах их диаметр составляет более двух метров.

Традиционно на самолетах устанавливаются круглые и квадратные (или прямоугольные) воздухозаборники, однако, встречаются и исключения в виде овалов и дуг.

Если форма воздухозаборников выбирается для каждого самолета отдельно на основе летно-технических характеристик исключительно данного самолета, то при их расположении необходимо отталкиваться от строгих правил проектирования самолетов.

Различают три вида воздухозаборников по их расположению на самолете: лобовые, боковые и подкрыльные (или подфюзеляжные). Правда, фактически сегодня осталось только два вида. Лобовые воздухозаборники стали достоянием истории (F-86 « Sabre», Су-17 или МиГ-21).

Главным преимуществом лобовых воздухозаборников авиаконструкторы считали равномерную скорость потока воздуха, поскольку в отличие от всех остальных видов воздухозаборников они первыми встречаются с потоком воздуха. В остальных случаях первыми с потоком воздуха встречаются или носовая часть фюзеляжа или крылья.

Наиболее распространенным видом воздухозаборников в современной авиации являются боковые. Причина кроется в том, что важнейшей деталью любого современного боевого самолета стало радиолокационное оборудование. Располагается оно в носовой части фюзеляжа, поэтому, когда на самолетах стояли лобовые воздухозаборники для разведывательного оборудования места практически не оставалось.

Последний, менее распространенный вид воздухозаборников, - подкрыльные (подфюзеляжные). Об их расположении говорит само название. Они ничем не хуже боковых и также могут устанавливаться и на двухдвигательных и на четырехдвигательных самолетах, однако, специалисты в области авиастроения отмечают один серьезный недостаток. Подкрыльные воздухозаборники малоэффективны при больших отрицательных углах атаки, то есть, когда самолет находится не в горизонтальном полете, а совершает маневры с резким подъемом или сваливанием.

Стоит также отметить, что воздухозаборники далеко не всегда представляют собой статичное отверстие, в которое постоянно попадает воздух вне зависимости от того, требует этого ситуация или нет. На многих современных самолетах (да практически на всех), таких как истребители Су-33, Су-35, МиГ-29, бомбардировщик-ракетоносец Т-4 и других, установлены регулируемые (автоматически) воздухозаборники, что позволяет контролировать мощность потока воздуха и приспосабливать воздухозаборник к его направлению. На тот случай, если автоматическое управление воздухозаборниками выйдет из строя, предусмотрено ручное управление.

Литература

• 1. Авиационное оборудование / под ред. Ю. П. Доброленского. -- М.: Военное издательство, 1989. -- 248 с. -- ISBN 5-203-00138-3
• 2. Л.Л.Селяков "ТЕРНИСТЫЙ ПУТЬ В НИКУДА. Записки авиаконструктора."
• 3. С.М. Егер, В.Ф.Мишин, Н.К.Лисейцев. Проектирование самолетов. (М.: Машиностроение, 1983)
• 4. С.М. Егера, И.А. Шаталова «Основы авиационной техники».

Когда вы совершаете свой вечерний моцион вокруг самолёта, то невольно оглядываетесь в поисках интересного для поржать.
И конечно же, у вас при этом возникают много вопросы.
Ну, несомненно, что это за штука там торчит, или для чего, впрочем, нужна вот эта дырка?

Именно поэтому сегодня мы поговорим о системе кондиционирования воздуха.

Надо под сказать, что система кондиционирования воздуха (СКВ) на самолётах обычно считается довольно сложной.
Но я постараюсь, чтобы все даже поняли, зачем оно там растёт и как работает. Не говоря уже о с важным видом объяснить соседу по полати.
Поэтому сначала обучимся теории, а там и до фоток дойдёт.

1. Для чего это нужно?
Человек любит дышать. Ему это как-то надо. Всё время.
Дышать ему надо в определённом диапазоне давления и температуры воздуха, иначе к счастливым родственникам долетят не все. Ведь на высоте давления воздуха мало, и он ещё и очень холодный.
Человеков в салуне много.
И вот это много надо снабдить воздухом в потребном количестве и комфортной температуры (и давления).
Этим, собственно, и занимается СКВ.

2. Из чего ён состоит и где находится?
В составе СКВ много всяких разных штук, но принципиально мы имеем следующее:
2.1. Систему отбора воздуха от двигателей и вспомогательной силовой установки (ВСУ).
2.2. Систему подготовки воздуха.
2.3. Систему распределения воздуха до потребителей.
Сегодня мне интересно рассказать о большей части именно что второго кусочка этой всем хорошей системы.

3. Как оно выглядит и работает.
Как всем нам давно уже стало понятно, бОльшая часть работы по подготовке воздуха выполняется как раз установками кондиционирования (Air Conditioning Packs), так что про эти самые паки (иже херувимы) я сейчас и немножко покажу и расскажу.
Паки обычно находятся под салоном, в районе центроплана. Вот мы как раз и откроем створочку:

Видим мы там примерно следующее:
два здоровых теплообменника (воздухо-воздушных радиатора = ВВР) серебристого цвета

, левее - чёрные пластиковые кожухи для прососа воздуха через ВВРы, и много труб.

Тут вот какая штука.
Воздух для работы системы отбирается от компрессора ВСУ или от компрессоров двигателей (если они запущены).
Там он очень горячий - сотни градусов. Если бы мы жили только зимой, то всё было бы попроще - охладили бы его, да и подали в салон.
Но у нас ведь бывают и весьма положительные температуры, при которых хочется салон не то чтобы не сильно подогреть, а очень даже и охладить.
Поэтому в СКВ мы должны поиметь холодильник неслабой такой производительности (салон на 170 горячих парней - ага?), причём желательно, чтобы он работал без привлечения сторонних ресурсов вроде электроэнергии.
Такая задача хорошо решилась с привлечением законов физики.
Как известно, воздух, как и любой газ, охлаждается при расширении. А ещё лучше он охлаждается, если у него ещё и отобрать энергию принуждением к работе.
Оба два этих способа используются в устройстве, называемом "турбохолодильник" (по-английски используют термин Air Cycle Machine = ACM). Вот он серенький такой чуть левее середины:


В нём бывший горячий воздух (а сейчас слегка уже охлаждённый в ВВР), но всё ещё под давлением, совершает работу по вращению турбины, и при этом расширяется и охлаждается.

Теперь можно уже упрощённо объяснить работу СКВ в целом.
Горячий воздух отбирается от ВСУ или двигателей,
предварительно охлаждается в теплообменниках (ВВР),
затем приводит турбину турбохолодильника и охлаждается там до температуры чуть выше нуля (чтобы не замёрзли пары воды),
а потом к нему подмешивается горячий воздух в количестве, необходимом для получения заданной из кабины температуры.
И в результате мы получаем в салоне прохладный воздух летом или тёплый - зимой.

Ещё немного деталей.

Вот такой хитрой формы воздухозаборник имеется практически у всех самолётов.


Через него забирается воздух на продувку ВВР. По этому характерному виду можно сразу понять, где у самолёта находятся паки кондиционирования.
У большинства самолётов паки находятся снизу центроплана.
А вот у Ан-148 - сверху:


(заборник воздуха - в правом верхнем углу фото)
Ну, и ещё у некоторых оригиналов они бывают в носу.

Проходное сечение канала воздухозаборника регулируется. На 737 - подвижной стенкой входной части канала со стороны фюзеляжа.
Этим регулируется охлаждение ВВР - ведь на высоте набегающий поток очень холодный (-60 градусов) и скоростной, так что створочку лучше прикрыть.

Характерным для 737 является наличие щитка перед каналом воздухозаборника:


Его установили, чтобы меньше всякой гадости попадало на разбеге - ведь фюзеляж у 737 сидит довольно низко, а грязь из-под передних колёс иногда летит.
У Эйрбасов входники находятся гораздо выше, и там таких щитков нету.

Между паком и нишей шасси, снизу, находится выходное отверстие для продувочного воздуха:


Оттуда дует слегка тёплым, и зимой там может быть интереснее, чем вокруг.

Кстати, во время стоянки, когда нет набегающего потока для продувки ВВРов, воздух через них просасывается вентилятором, который приводится той самой турбиной турбохолодильника.
Вот и полезная работа, которую он совершает при охлаждении воздуха. Сам себя обеспечивает, так сказать:)

При охлаждении воздуха содержащиеся в нём парЫ воды конденсируются в капли. Эта вода отводится из холодного воздуха, и впрыскивается в поток, направляемый на ВВРы. Таким образом, испаряя эту воду, они охлаждаются ещё сильнее.

Тэк-с... воздух мы с горем пополам охладили.
Теперь как бы порегулировать и вообще в тепло.

Регулировка температуры воздуха производится подмешиваением к холодному воздуху горячего.
На 737-800 вся герметичная часть фюзеляжа разделена на три условных зоны: кабина экипажа, передняя и задняя части пассажирского салона. Тремя же клапанами и подмешивается горяченькая.
Соответственно, в кабине экипажа, на потолочной панели, имеются три задатчика температуры:

(вот они внизу фотки)
Над ними находятся индикаторы отказа соответствующих каналов контролирующей аппаратуры.
Ещё выше - выключатель подмешивания горячего воздуха.
Слева вверху - прибор для контроля температуры воздуха в магистралях и в салоне.
Вверху справа - переключатель для выбора, а чего, собственно, температуру смотреть будем.

При отказе регулирования температуры воздуха паки сами перейдут на выдачу какой-то средней температуры вроде +24 градусов.

Для того, чтобы поэкономить на воздухе, обычно работают вентиляторы рециркуляции воздуха в пассажирской кабине.
Вот их выключатели как раз присели на соседней панели сверху:

Вентиляторы сосут воздух из салона через боковые нижние панели, затем он очищается фильтрами и подмешивается к свежему воздуху из паков.
Воздух же в кабину пилотов всегда подаётся только свежий.

Ниже выключателей, посредине, виден прибор, показывающий давление воздуха в магистралях.
Под ним - тумблер клапана кольцевания левой и правой воздушных магистралей. Как видно, воздух от каждого двигателя подаётся к своему паку, а ВСУ подключена к левой магистрали.
По сторонам от него - тумблеры включения паков.
Ниже - сигнальные табло неисправностей разных частей системы подготовки воздуха.
И в самом низу - включение отбора воздуха от ВСУ и двигателей.

В заключение залезем на территорию системы регулирования давления воздуха внутри самолёта.
Воздух внутрь салона подаётся через паки под постоянным давлением.
Регулирование давления внутри салона производится автоматической системой, регулирующей стравливание воздуха через выпускной клапан.
Он находится справа сзади самолёта, примерно под задней правой дверью (обведён красным):


Клапан представляет собой две створки, которые могут приводиться от трёх разных электродвигателей (для запаса на случай отказа).

На случай, когда вообще всё плохо, предусмотрены ещё два совсем уж аварийных чисто механических клапана, открывающихся при превышении определённого давления внутри фюзеляжа по отношению к забортному.
Вот эти клапаны выше и ниже выпускного клапана:

Если же вдруг давление внутри фюзеляжа станет ниже, чем снаружи, то клапаны отрицательного перепада откроются и выровняют этот перепад, впустив воздух внутрь самолёта:

Также на случай разгерметизации багажников имеются вышибные панели на потолке багажников.
Если вдруг образуется слишком большой перепад давления между багажниками и салоном, панели выдавятся и пустят воздух для выравнивания этого перепада.
Это нужно для того, чтобы не сложился пол салона.

Пожалуй, теперь про паки я вкратце рассказал.