Reglarea dispozitivului de admisie supersonic

1 Interpolarea datelor obtinute

Pornind de la datele obtinute anterior pentru legile de reglare ale elementelor mobile ale dispozitivului, se poate determina o functie polinomiala care sa interpeleze datele respective, astfel incat erorile relative la acestea sa fie acceptabile.

Practic, s-a procedat mai intai la eliminarea valorilor de "zero' ale pozitiilor elementelor mobile, retinandu-se in schimb valoarea numarului mach de la care va incepe actionarea elementului respectiv.

Rezultatele obtinute au fost destul de bune incepand cu folosirea unor polinoame de gradul 6. Pentru grade ale polinoamelor de interpolare mai mari de 14, erorile aveau o evolutie oscilanta.

Calculul acestor functii polinomiale este necesar pentru a putea implementa un dispozitiv de realizarea a automaticii dispozitivului de admisie sub forma unui calculator numeric; schema unei astfel de variante este prezentata in figura 1.

fig. 1.

In anexa 9 este prezentat programul care realizeaza comparatia erorilor generate de folosirea functiilor polinomiale.

In paginile anterioare au fost prezentate graficele erorilor minime, maxime si medii pentru legea de variatie a unghiurilor , pentru cele doua solutii constructive alese, si un grafic al erorii maxime a pozitiei bordului de atac al prizei mobile in functie de gradul polinomului de interpolare.

Legea de reglare a elementelor mobile este de forma:

unde reprezinta coeficientii polinomiali determinati, M numarul mach de zbor, numarul mach de la care incepe actionarea elementului respectiv.

2. Reglarea dispozitivului in functie de unghiul de incidenta al aeronavei

In cazul in care aeronava efectueaza zbor la o incidenta nenula, parametri ce caracterizeaza curgerea din dispozitivul de admisie vor diferi si ei, intr-o masura mai mare sau mai mica in functie de plasarea dispozitivului pe avion fata de situatia de zbor la incidenta nula.

Avantajul folosirii unui calculator numeric pentru controlul dispozitivului de admisie se vede aici foarte clar, intrucat exista posibilitatea unei reglari cu maximum de eficienta si in functie de unghiul de incidenta.

Practic, am variat unghiul de incidenta intre doua limite(intre -5° si +10°), efectuand pentru fiecare caz in parte toate calculele efectuate anterior in cazul zborului la incidenta nula, obtinandu-se astfel pentru fiecare coeficient polinomial al functiei care determina valoarea deplasarii elementului X un set de valori, in continuare fiecare coeficient polinomial a fost interpolat printr-un polinom in raport cu unghiul de incidenta.

Legea de reglare a devenit de forma:

unde n - reprezinta gradul polinomului ce interpeleaza datele de baza, m-gradul polinoamelor ce interpeleaza coeficientii, iar i - este unghiul de incidenta.

Prin conventie vom numi coeficientii polinomiali ai functiilor ce realizeaza interpolarea legilor de miscare a elementelor mobile ale dispozitivului de admisie, coeficienti polinomiali de nivel l, functia asociata, functie sau polinom de nivel l, iar functiile ce interpeleaza coeficientii polinomiali ai functiilor ce descriu legile de miscare si coeficientii acestora, functii de nivel 2 si coeficienti polinomiali de nivel 2.

S-au obtinut rezultate bune pentru grade ale polinoamelor ce interpeleaza coeficientii de nivel l de cel putin 8, gradul polinoamelor ce interpeleaza legile de reglare fiind ales 6.

Metoda trebuie aplicata insa cu precautie, deoarece, datorita metodei numerice folosite, este posibil ca pentru valori ale unghiului de incidenta diferite de cele pentru care s-au facut calculele rezultatele sa fie eronate. Pentru a preintampina aceasta situatie, nu vom calcula valorile coeficientilor polinomiali de nivel l decat cu valorile unghiurilor de incidenta care au fost folosite la interpolarea acestora. Precizam ca au fost obtinute rezultate satisfacatoare la folosirea unei rezolutii a unghiului de incidenta de

In anexa 10 este prezentat programul care realizeaza, aceasta procedura.

3. Reglarea dispozitivului in functie de acceleratia aeronavei

Necesitatea reglarii dispozitivului de admisie tinand cont si de acceleratia aeronavei apare din cauza existentei unei intarzieri intre momentul in care informatia primara este "citita' de senzori si momentul in care elementele mobile ale dispozitivului de admisie ajung in pozitia corespunzatoare. Aceasta intarziere se compune din intervalului de timp necesar datelor preluate de senzori sa ajunga in forma utila la calculatorul ce controleaza automatica dispozitivului de admisie, timpul necesar pentru prelucrarea acestora de catre controlerul dispozitivului si timpului de reactie al instalatiei hidraulice de comanda. Dintre acesti timpi, ponderea cea mai mare o are timpul de reactie al instalatiei hidraulice(instalatiile pneumatice nu sunt recomandate datorita lipsei nivelului de precizie necesar).

Din aceste considerente, ar fi necesar, or elaborarea unui algoritm de comanda care sa ia in calcul si acceleratia la un anumit moment a aeronavei, or, calculatorului de comanda al dispozitivului de admisie sa-i fie furnizata o informatie referitoare la numarul mach estimat a fi atins dupa un anumit interval de timp. Cum la bordul aeronavei mai exista si alte sisteme al caror control poate fi imbunatatit prin predictia urmatorului regim de zbor al aeronavei, consideram optima a doua varianta, in care determinarea urmatoarelor regimuri de zbor ale aeronavei se face de un program specializat, iar rezultatele sunt furnizate diverselor echipamente si sisteme care ar avea nevoie de aceasta informatie.

Necesitatea reglarii dispozitivului de admisie tinand seama si de urmatoarele regimuri de zbor este ceruta si de "finetea' controlului acestuia, practic, in cazul unor anumitor evolutii la factori de suprasarcina mai ridicati s-ar putea ajunge sa se indeplineasca conditiile aparitiilor unor fenomene periculoase.

Totodata, implementarea unui astfel de program nu ar necesita costuri foarte mari si echipamente noi la bordul aeronavei, ceea ce il recomanda in orice situatie.

Mai trebuie mentionat si faptul ca, pentru a beneficia la maxim de avantajele existentei unei solutii de predictie de tipul celei prezentate mai sus, actuatoarele ce realizeaza controlul pozitiilor elementelor mobile ar trebui sa aiba viteza de actionare variabila. O alta optiune ce s-ar putea lua in calcul ar fi si folosirea unor verine telescopice.

In figura 2 este prezentata schema de principiu a sistemului de actionare in cazul dispozitivului cu priza mobila, in cazul variantei cu priza fixa, schema va fi identica, lipsind doar elementele corespunzatoare pozitionarii prizei de aer.

Practic, pe baza informatiilor primite (fie de la senzori proprii, fie de la calculatorul de bord), calculatorul dispozitivului de admisie trimite semnale corespunzatoare distribuitoarelor hidraulice, care determina o anumita reactie a verinelor hidraulice ce comanda elementele mobile ale dispozitivului de admisie. Fiecare dintre aceste verine are asociat un traductor de pozitie care furnizeaza inapoi calculatorului informatii privind starea acestora la un anumit moment.

Tot in cadrul sistemului va fi implementata o functie de autotest, care sa verifice functionarea sistemului inaintea plecarii aeronavei in misiune.

fig. 2. schema de principiu a sistemului de control

al dispozitivului de admisie rectangular plan in varianta "2+1" cu o rampa si priza de aer mobile

Concluzii

Din cele prezentate anterior, rezulta ca nivelul complexitatii constructive a dispozitivului de admisie creste pe masura cresterii cerintelor legate de performantele acestuia, intrucat este imposibil de satisfacut simultan in conditii optime toate cerintele legate de performantele si nivelul de securitate ale functionarii dispozitivului de admisie, acesta se optimizeaza pentru anumite regimuri de functionare, urmand ca, in rest, comportarea acestuia sa fie acceptabila.

Atentia deosebita care se acorda proiectarii dispozitivului de admisie rezida in faptul ca, la numere mach mari, acesta are cea mai mare contributie la forta de tractiune a turboreactorului. De exemplu, pentru M=2,2 dispozitivul de admisie contribuie cu 60-70% la forta de tractiune. Trebuie amintit ca, la acelasi numar mach, gradul de comprimare a aerului in dispozitivul de admisie este dublu fata de gradul de comprimare al compresorului.

Una dintre problemele care se doresc a fi evitate, este cresterea nivelului de complexitate a dispozitivului, intrucat acesta se reflecta direct in costurile de productie, exploatare si fiabilitate. Totusi, intrucat costurile de exploatare ale aeronavei constau in cea mai mare parte in costurile combustibililor, o decizie finala nu se poate lua decat dupa studierea comportarii aeronavei in ansamblul ai, in diferite situatii(folosirea uneia sau altei dintre variantele constructive impuse).

Analiza celor doua variante prezentate - si anume un dispozitiv de admisie cu 2 rampe, cea de-a doua fiind mobila, cu priza de aer fixa sau mobila - a demonstrat ca, in urma unei cresteri a complexitatii constructive a dispozitivului au fost obtinute sporuri ale tuturor indicatorilor de performanta. De altfel, complexitatea constructiva a variantei cu priza mobila nu este cu mult mai mare decat a variantei cu priza fixa.

Trebuie mentionat ca, dispozitivele prezentate nu dispun de un mecanism de protectie impotriva impuritatilor ce ar putea fi aspirate de pe pista in timpul rulajului la decolare sau la aterizare, asa ca, in plasarea acestora pe avion trebuie avut in vedere prevenirea intrarii in priza de aer a unor corpuri straine sau a apei  aruncate la contactul cu solul a rotilor trenului de aterizare. Nu am prevazut un astfel de sistem in scopul de a nu scadea performantele dispozitivului in zbor(aspecte legate de dimensionarea dispozitivului).

De asemenea, precizam ca, in cazul solutiei cu doua rampe, pentru valori ale unghiului 61 al primei rampe situate intre 10° si 13°, s-au obtinut valori ale deviatiei totale maxime de aproximativ 28°. in cazul adoptarii unei solutii cu trei rampe, deviatia totala maxima crestea la aproximativ 31°.

O alta precizare care trebuie facuta, este aceea ca, pana la valori ale vitezei aerului in amontele dispozitivului de admisie de M=2.0, comportarea variantei corpului central cu doua evazari este sensibil apropiata de cea a variantei corpului central cu trei evazari, chiar in cazul unei optimizari a acesteia din urma atat dupa coeficientul de debit cat si dupa coeficientul de pierderi de presiune. Solutia cu trei evazari se impune insa categoric in cazul in care regimul de croaziera al aeronavei va presupune numere mach in amontele dispozitivului de admisie mai mari de M=2,

Un alt fapt de mentionat este legat de temperaturile suprafetelor panourilor(si ale bordului de atac al prizei de aer) la numere mach supersonice. Pentru a calcula temperatura aproximativa T a invelisului aeronavei in zona de impact cu atmosfera, daca numarul mach local este supersonic putem folosi relatia:

in care T₀ reprezinta temperatura mediului ambiant(si este functie de altitudine), k reprezinta exponentul politropic iar M numarul mach de zbor.

Experienta si calculele arata ca pe panourile corpului central se vor atinge temperaturi de aproximativ 100°C si peste, deci folosirea sistemului antigivraj in conditiile zborului supersonic nu este necesara.

Un alt aspect care trebuie abordat in proiectarea unui dispozitiv de admisie, foarte important, il constituie controlul stratului limita. Problema care trebuie rezolvata o constituie prevenirea desprinderii stratului limita, intrucat acest lucru poate determina o reactie in lant care va periclita functionarea motorului. Pentru rezolvarea acestei probleme, se poate recurge la practicarea unui numar mare de fante(sau orificii) pe rampele corpului central, dupa o geometrie care se determina numai dupa teste in tunelul aerodinamic.