Controlul vectorului de tracțiune (UVT) al unui motor cu reacție este abaterea curentului cu jet al motorului de la direcția corespunzătoare modului de croazieră .
În prezent, controlul vectorului de tracțiune este asigurat în principal prin rotirea întregii duze sau a unei părți a acesteia.
Primele experimente legate de implementarea practică a unui vector de tracțiune variabilă pe aeronave datează din 1957 și au fost efectuate în Marea Britanie ca parte a unui program de creare a unui avion de luptă cu decolare și aterizare verticală . Prototipul, desemnat R.1127, a fost echipat cu două duze rotative de 90° situate pe lateralele aeronavei pe linia centrului de greutate, care asigurau mișcare în modurile de zbor vertical, tranzițional și orizontal. Primul zbor al R.1127 a avut loc în 1960, iar în 1967, pe baza sa a fost creat primul avion de serie Harrier VTOL .
Un pas semnificativ înainte în dezvoltarea motoarelor cu un vector de tracțiune variabilă în cadrul programelor VTOL a fost crearea în 1987 a supersonicului sovietic VTOL Yak-141 . Principala trăsătură distinctivă a acestei aeronave a fost prezența a trei motoare: două de ridicare și una de ridicare la mijlocul zborului, cu o duză rotativă situată între brațele din coadă. Designul în trei secțiuni al duzei motorului principal de ridicare a făcut posibilă întoarcerea din poziție orizontală cu 95 °.
Extinderea caracteristicilor de manevrăChiar și în timpul lucrărilor la R.1127, testatorii au observat că utilizarea unui vector de tracțiune deflectabil în zbor facilitează oarecum manevrarea aeronavei. Cu toate acestea, din cauza nivelului insuficient de dezvoltare a tehnologiei și a priorității programelor VTOL, lucrări serioase în domeniul creșterii manevrabilității datorită OBT nu s-au desfășurat până la sfârșitul anilor 1980.
În 1988, pe baza avionului de luptă F-15 B, a fost creată o aeronavă experimentală cu motoare cu duze plate și deviație a vectorului de tracțiune în plan vertical. Rezultatele zborurilor de testare au arătat eficiența ridicată a OBT pentru îmbunătățirea controlabilității aeronavei la unghiuri medii și înalte de atac .
Aproximativ în același timp , în Uniunea Sovietică a fost dezvoltat un motor cu o deviere aximetrică a unei duze cu secțiune circulară , lucru la care a fost efectuat în paralel cu lucrul la o duză plată cu o deviere în plan vertical. Deoarece instalarea unei duze plate pe un motor cu reacție este asociată cu o pierdere de 10-15% a tracțiunii, a fost preferată o duză rotundă cu o abatere axisimetrică, iar în 1989 primul zbor al avionului de luptă Su-27 cu un a avut loc motorul experimental.
Schema cu deviația curgerii în partea subsonică se caracterizează prin coincidența unghiului de deformare mecanică cu unghiul dinamic al gazului. Pentru o schemă cu abatere numai în partea supersonică, unghiul gaz-dinamic diferă de cel mecanic.
Proiectarea circuitului duzei prezentată în Fig. 1a , trebuie să aibă un ansamblu suplimentar care asigură deformarea duzei în ansamblu. Diagrama unei duze cu devierea fluxului numai în partea supersonică din Fig. 1b de fapt nu are elemente speciale care să asigure deviația vectorului de tracțiune. Diferențele în funcționarea acestor două scheme sunt exprimate în faptul că, pentru a oferi același unghi efectiv de deviere al vectorului de tracțiune, schema cu o deviere în partea supersonică necesită cupluri mari de control .
Schemele prezentate necesită, de asemenea, rezolvarea problemelor de asigurare a caracteristicilor de greutate și dimensiune acceptabile, fiabilitate , resurse și viteză.
Există două scheme de control al vectorului de tracțiune:
Controlul vectorului de tracțiune cu eficiență ridicată poate fi obținut utilizând controlul vectorului de tracțiune dinamică a gazelor ( GUVT ) datorită alimentării asimetrice de aer de control către calea duzei .
Duza dinamică a gazului folosește o tehnică „jet” pentru a schimba zona efectivă a duzei și pentru a devia vectorul de tracțiune , în timp ce duza nu este reglabilă mecanic. Această duză nu are părți în mișcare fierbinți, foarte încărcate , se potrivește bine cu designul aeronavei , ceea ce reduce masa acestuia din urmă.
Contururile exterioare ale duzei fixe se pot potrivi fără probleme în contururile aeronavei , îmbunătățind caracteristicile designului vizibilitate scăzută . În această duză, aerul din compresor poate fi direcționat către injectoarele din secțiunea critică și în partea de expansiune pentru a schimba secțiunea critică și, respectiv, a controla vectorul de tracțiune.
La MAI s-au efectuat lucrări experimentale privind controlul vectorului de tracțiune datorită interacțiunii aerului atmosferic „ieftin” cu jetul principal. Datorită redistribuirii aerului ejectat prin canalele laterale, jetul principal al motorului este deviat (Fig. 2b) . Au fost dezvoltate și testate eșantioane modele de dispozitive de dimensiuni mici folosind generatoare de gaz cu combustibil solid ca surse de gaz comprimat (Fig. 2). În canalele laterale ale ejectorului plat conectate cu atmosfera au fost instalate supape (3, 4 în Fig. 2) cu control electromagnetic . Temperatura gazului în generatorul de gaz a fost de 2600 K, presiunea de lucru a fost de până la 5..7 MPa . Impingerea controlată dezvoltată 1,0 kN . Timpul de comutare a forței de la o poziție extremă la alta nu a depășit 0,02 s. Puterea specifică a semnalului de control pe unitatea de forță nu a fost mai mare de 0,05..0,7 W/kgf .
Testele efectuate au arătat posibilitatea deviarii vectorului de tracțiune la unghiuri de ±20° atunci când jetul se lipește de peretele lateral al duzei ejectorului.
CIAM a efectuat studii preliminare asupra unui model fizic și matematic al unei duze cu control gaz-dinamic al vectorului de tracțiune al motorului pentru o aeronavă de antrenament (TCA) într-o formulare 2D . Într -un motor turboventilator pentru CTF , prezența unui al doilea circuit cu aer comprimat și relativ rece, absența necesității de a controla secțiunile de curgere facilitează implementarea conceptului de duză cu control vectorial de tracțiune gaz-dinamic.
În duza investigată, canalul de evacuare al celui de-al doilea circuit este împărțit prin pereți longitudinali în patru sectoare cu dispozitive de control al fluxului de aer instalate la intrarea în fiecare sector. Această duză în modul flux axial este o duză de tip ejector cu un perete „lichid” (Fig. 4) , cu toate acestea, în ea aerul ejectat nu provine din atmosferă, ci din ventilator, prin urmare, are un presiune ridicata. Peretele duzei circuitului primar este rupt imediat în spatele secțiunii sale critice, astfel încât jetul de gaz care iese din acesta se extinde, scăzând constant aria jetului circuitului secundar spre ieșire (diferența de pe ventilator este aproape critică).
Pentru valorile acceptate ale parametrilor în acest mod, calitatea variantei luate în considerare poate fi mai mare decât în cazul unui flux separat. Acest lucru este posibil datorită înlocuirii a două suprafețe de frecare (parte a peretelui interior al duzei circuitului secundar și peretele exterior al părții supersonice a duzei circuitului primar) cu un perete „lichid”, precum și datorită alinierii. a câmpului de viteză la ieșire din cauza amestecării parțiale a fluxurilor. În plus, o astfel de schemă de duze poate oferi un flux îmbunătățit al liniei de lucru a ventilatorului la modurile de accelerație.
Pentru a obține deviația maximă a debitului, un sector ( 2 în Fig. 4 ) al sursei de aer secundar este complet blocat. Ca urmare, fluxul prin al doilea sector ( 1 ) se dublează (pentru versiunea 2D).
Deviația jetului se datorează:
În prezent, se lucrează la o versiune 3D a unei astfel de duze și a unei duze care utilizează aer atmosferic. Conform estimărilor preliminare, schemele de duze luate în considerare sunt capabile să ofere un unghi efectiv de deviere a vectorului de tracțiune de ±20°.
Designul duzelor cu jet se distinge printr-o varietate de scheme de putere și gaz-dinamic.
Să luăm în considerare un design care utilizează o parte supersonică în expansiune a duzei pentru a crea o forță de împingere laterală. În acest scop, clopotul de ieșire al duzei este comutat în modul de supraexpansiune și se deschid orificii pe una dintre laturile duzei, pe suprafața laterală a acesteia, pentru accesul aerului atmosferic. În acest caz, jetul de la motor se lipește de partea opusă a duzei.
Schema și principiul de funcționare a duzei cu jet sunt prezentate în fig. 5 și fig. 6 .
Formarea forțelor de control este asigurată de următoarea ordine de operații.
Pentru a crea forțe de control într-un motor cu o duză supersonică, puteți schimba ușor partea supersonică a unei duze existente. Această modernizare relativ necomplicată necesită o modificare minimă a pieselor și ansamblurilor principale ale duzei originale, obișnuite.
La proiectare, cele mai multe (până la 70%) dintre componentele și părțile modulului duzei nu pot fi schimbate: flanșa de atașare la corpul motorului, corpul principal, mecanismele hidraulice principale cu puncte de atașare, pârghii și suporturi , precum și ca uși de secțiune critică. Se modifică modelele suprastructurilor și distanțierilor părții în expansiune a duzei, a căror lungime crește și în care s-au făcut găuri cu amortizoare rotative și antrenări hidraulice . În plus, designul clapetelor exterioare se modifică, iar cilindrii pneumatici pentru acestea sunt înlocuiți cu cilindri hidraulici , cu o presiune de lucru de până la 10 MPa (100 kg / cm 2 ).
Vectorul de împingere deflectabil ( OVT ) este o funcție a duzei care schimbă direcția fluxului jetului. Proiectat pentru a îmbunătăți caracteristicile de performanță ale aeronavei. Duză cu jet reglabilă cu vector de tracțiune deflectabil - un dispozitiv cu dimensiuni variabile, în funcție de modurile de funcționare a motorului, ale secțiunilor critice și de evacuare, în canalul căruia fluxul de gaz este accelerat pentru a crea forța de jet și posibilitatea de deviere. vectorul de tracțiune în toate direcțiile.
În prezent, sistemul de deviere a vectorului de tracțiune este considerat unul dintre elementele esențiale ale unei aeronave moderne de luptă datorită îmbunătățirii semnificative a calităților de zbor și luptă datorită utilizării sale. Problemele modernizării flotei existente de aeronave de luptă care nu au OVT sunt, de asemenea, studiate activ prin înlocuirea motoarelor sau instalarea unităților OVT pe motoare standard. Cea de-a doua versiune a fost dezvoltată de unul dintre cei mai importanți producători ruși de motoare cu turboreacție - compania Klimov, care produce, de asemenea, singura duză în serie din lume cu o deviere în toate unghiurile a vectorului de tracțiune pentru instalarea pe motoarele RD-33 (familia MiG). -29 de luptători) și AL-31F (luptători marca Su).
Avioane de luptă cu control vectorial de tracțiune:
Cu abaterea axisimetrica a vectorului de tractiune