Особенности обогрева поверхности
Чтобы правильно подобрать устройство рабочей части необходимо определится со степенью защиты от обледенения, т. е. допустимо ли использовать противообледенитель полного испарения или же можно обойтись противообледенителем неполного испарения или циклическим.
При постоянном обогреве капли воды, попадая на подогретую до положительной температуры поверхность, не замерзая, растекаются по ней, постепенно испаряясь и частично сдуваясь потоком воздуха. Если протяженность обогреваемой зоны окажется недостаточной для полного удаления воды, то последняя намерзает на границе обогрева в виде барьерного льда, искажающего контуры обтекаемого тела (рис. 1.12).
Рисунок 1.12 – Барьерный лед, возникающий при действии системы неполного испарения.
Естественно, что интенсивность образования барьерного льда на одной и той же обогреваемой поверхности зависит от ее температуры и условий обледенения: в одних условиях вода будет полностью удаляться, в других, более тяжелых – не будет, тогда и образуется барьерный лед.
Существует две разновидности противообледенителей постоянного действия:
· так называемый «противообледенитель полного испарения», который заранее рассчитан таким образом, чтобы во всем требуемом диапазоне условий обледенения обеспечивалось полное удаление воды с поверхности, иными словами, противообледенитель, не допускающий образования барьерного льда в заданных условиях обледенения;
|
|
|
· «противообледенитель неполного испарения», который не рассчитан на полное удаление растекающейся по поверхности воды (т. е. противообледенитель, допускающий образование барьерного льда).
Применение противообледенителей полного испарения требует повышенной затраты тепла и связано обычно с необходимостью защиты довольно больших площадей. Поэтому их применяют для защиты лишь тех частей, на которых недопустимо образование барьерного льда. В остальных случаях ограничиваются противообледенителями неполного испарения (учитывая, что реальная вероятность образования больших барьеров льда обычно невелика).
При циклическом обогреве на защищаемой поверхности образуется слой льда, который при очередном нагреве секции должен сбрасываться. Однако, если периодически нагревается и охлаждается вся обледеневающая носовая поверхность, то ледяной нарост, несмотря на подтаивание его на границе соприкосновения с подогретой поверхностью, прижимается к ней потоком и не сбрасывается (рис. 1.13, а). При очередном охлаждении он снова примерзает и, таким образом постепенно достигает нежелательных размеров.
Предотвратить подобное явление удается путем постоянного обогрева узкой полосы в пределах передней кромки, т. е. применением так называемых «тепловых ножей», которые разрезают тепловой нарост на две части (рис. 1.13, б).
|
|
|
Другая особенность циклического нагрева связана со следующим противоречивым обстоятельством: чтобы обеспечить работу противообледенителя при всех заданных температурах обледенения, удельная мощность его определяется исходя из наиболее низкой расчетной температуры. Очевидно, что при всех более высоких температурах окружающего воздуха нагрев поверхности оказывается излишним, т. е. поверхность уже после сброса льда продолжает оставаться разогретой и тем дольше, чем выше окружающая температура. По ней, естественно, происходит растекание воды, причем тем в большем количестве, чем выше температура обледенения.
В результате от цикла к циклу образуется барьерный лед, который при длительном обледенении может достигать значительной величины.
Рисунок 1.13 – Ледяной нарост на носке профиля
а – без «теплового ножа», б – при наличии «теплового ножа».
Выбор принципиальной схемы
Для начала следует оценить зоны улавливания и растекания воды на разных режимах, и, исходя из этого, определить зону защиты предкрылка. Графическое представление зон улавливания представлено на рис. 1.14 и 1.15.
|
|
|
Рисунок 1.14 – Графическое представление зон улавливания для сечения Zотн = 0,611.
Рисунок 1.15 – Графическое представление зон улавливания для сечения Zотн = 0,952.
Не стоит забывать про зоны растекания воды (SЗ и S'З), которые образуются сразу за зонами улавливания (рис. 1.16). Величина зон растекания изменяется в широких пределах и зависит от многих факторов: скорости полета, температуры, характера пограничного слоя, количество захваченной профилем воды, потерь воды вследствие сдува и испарения и пр., а также метода защиты от обледенения.
Рисунок 1.16 – Схема процесса растекания воды, улавливаемой профилем.
Если противообледенитель рассчитан на полное испарение воды, а зона защиты будет меньше чем зона улавливания и зона растекания вместе взятые, то образуется барьерный лед (рис. 1.16). Такой лед недопустим на верхней поверхности профиля, так как ведет к снижению Cy и αдоп (рис. 1.17).
Рисунок 1.17 – Характер влияния барьерного льда на Cy и αдоп
На нижней поверхности крыла картина обстоит несколько иначе. Из-за особенности конструкции предкрылка невозможно обеспечить полное испарение: вода стекает с предкрылка на переднюю кромку крыла и становится барьерным льдом. Но в отличие от верхней поверхности, такой лед влияет только на Сx крыла. А в выпущенном положении предкрылка лед и вовсе не попадает в поток (рис. 1.18).
|
|
|
Рисунок 1.18 – Схема обтекания передней части крыла на посадке (α ≈ 10°).
В итоге можно сделать выводы о конструкции противообледенителя:
· Для обеспечения безопасности полетов стоит использовать метод полного испарения воды;
· Требуется с особой тщательностью обогревать верхнюю поверхность предкрылка, не допуская попадания воды на переднюю кромку;
· На нижней поверхности необходимо обеспечить достаточную защиту зоны улавливания, стараясь уменьшить зону растекания воды.
Схема противообледенителя самолета-прототипа представлена на рисунке 1.19.
Рисунок 1.19 – Схема противообледенителя.
Определение расхода воздуха
Чтобы определить потребный расход горячего воздуха для обогрева поверхности предкрылка следует рассчитать примерный тепловой поток, который система должна обеспечить.
Здесь 
– среднее интегральное значение 
в зоне улавливания; 
– площадь защищаемой поверхности предкрылка; 
– КПД системы.
Площадь защищаемой поверхности для Zотн = 0,952 будет:
КПД такой системы составляет примерно 0,6 – 0,7.
В итоге потребный расход определяется по формуле:
Если 
нам известна, то 
следует примерно рассчитать из условия КПД системы.
Итоговые потребные расходы сведены в таблицу 6.
Таблица 6 – Потребные расходы системы
| № режима | H, м | Gпос, кг/ч | |
| Zотн = 0,611 | Zотн = 0,952 | ||
| 1 | 457 | 320 | 350 |
| 2 | 1200 | 850 | 660 |
| 3 | 5000 | 750 | 600 |
| 4 | 7000 | 600 | 600 |
| 5 | 9500 | 500 | 450 |
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 591; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!