Устройство для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры (варианты)
Группа изобретений относится к оборудованию, используемому при охлаждении бортового радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов, предназначенных для длительных (крейсерских) полетов со сверхзвуковой скоростью полета. По первому варианту устройство имеет плоскую конструкцию и содержит двухканальные дозвуковой и сверхзвуковой сопловые аппараты, каналы которых образованы профилями соответствующих дозвуковой и сверхзвуковой сопловых лопаток с поворотом струи и профилями спинки и корытца соответствующих лопаток на внутренней поверхности корпуса. Предусмотрены также стабилизатор направления струи воздуха и эжектор-смеситель, корпус которого имеет окна забора воздуха из отсека, расположенные в одной плоскости, лопатки направляющего аппарата и выход охлаждающего воздуха. По второму варианту устройство имеет объемную форму с осесимметричными входом и выходом воздуха и содержит двухканальный дозвуковой сопловой аппарат, каналы которого образованы профилем осесимметричной дозвуковой сопловой лопатки и профилем дозвуковой части корпуса, имеющим внутренний обвод в виде сопла Лаваля, трехканальный сверхзвуковой сопловой аппарат, каналы которого образованы зеркально расположенными относительно оси устройства профилями двух сверхзвуковых сопловых лопаток и профилем сверхзвуковой части корпуса, имеющим внутренний обвод в виде сопла Лаваля. Предусмотрены также эжектор-смеситель, корпус которого в виде дозвукового сопла имеет окна забора воздуха из отсека, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и выход охлаждающего воздуха. Группа изобретений позволяет повысить эффективность снижения температуры воздуха и надежность охлаждающего устройства на крейсерских сверхзвуковых скоростях полета. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к специальной области оборудования и может быть использовано при охлаждении бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) летательных аппаратов (ЛА), предназначенных для длительных (крейсерских) полетов со сверхзвуковой скоростью полета.
При торможении воздуха о поверхности ЛА, совершающего длительный полет со сверхзвуковой скоростью, происходит аэродинамический нагрев конструкции и, как следствие, нагрев воздуха в отсеках, блоках БРЭО, что требует их принудительного охлаждения.
Известно устройство для охлаждения бортовой радиоэлектронной аппаратуры, состоящее из системы воздушного охлаждения с источником сжатого воздуха и с магистралью отбора и содержащее, в том числе регенератор, турбохолодильник, насос, воздушный и воздушно-жидкостный радиаторы (авт. св. №422364, заявка №1691569/09 от 1971.08.09, опубликовано 2006.02.20, МПК B64D 13/08).
Это устройство, использующее, в том числе адиабатическое расширение воздуха в турбохолодильнике для снижения его температуры, по совокупности существенных признаков является наиболее близким к заявляемому изобретению и выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Недостатками известного устройства является большое число агрегатов, сложность конструкции, наличие турбохолодильной установки и насосов, т.е. движущихся элементов - турбины, роторов насосов, что снижает эффективность снижения температуры, увеличивает массу, габариты и, в конечном счете, снижает надежность устройства на крейсерских сверхзвуковых скоростях полета.
Технический результат заключается в повышении эффективности снижения температуры воздуха и надежности устройства на крейсерских сверхзвуковых скоростях полета.
Устройство для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры имеет два варианта конструктивного исполнения, так как условия его компоновки на борту ЛА, габариты и наличие составляющих элементов зависят от места забора воздуха и расположения БРЭО на ЛА.
Устройство для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры по первому варианту имеет плоскую конструкцию с поворотом струи и содержит последовательно расположенные двухканальный дозвуковой сопловой аппарат, каналы которого образованы профилем дозвуковой сопловой лопатки с поворотом струи, профилем спинки лопатки и профилем корытца лопатки на внутренней поверхности корпуса, двухканальный сверхзвуковой сопловой аппарат, каналы которого образованы профилем сверхзвуковой сопловой лопатки с поворотом струи, профилем спинки лопатки и профилем корытца лопатки на внутренней поверхности корпуса, стабилизатор направления струи воздуха и эжектор-смеситель, корпус которого имеет окна забора воздуха из отсека, расположенные в одной плоскости, лопатки направляющего аппарата и выход охлаждающего воздуха.
Устройство для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры по второму варианту имеет объемную форму с осесимметричными входом и выходом воздуха и содержит последовательно расположенные двухканальный дозвуковой сопловой аппарат, каналы которого образованы профилями осесимметричной дозвуковой сопловой лопатки и дозвуковой части корпуса, имеющем внутренний обвод в виде сопла Лаваля, трехканальный сверхзвуковой сопловой аппарат, каналы которого образованы зеркально расположенными относительно оси устройства профилями двух сверхзвуковых сопловых лопаток и профилем сверхзвуковой части корпуса, имеющем внутренний обвод в виде сопла Лаваля, эжектор-смеситель, корпус которого в виде дозвукового сопла имеет окна забора воздуха из отсека, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и выход охлаждающего воздуха.
На фиг.1 представлена конструкция устройства по 1 варианту, на фиг.2 - по 2 варианту, на фиг.3 - графики зависимости температуры охлажденного воздуха на выходе устройства от режима полета.
Устройство для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры по первому варианту содержит фланец 1 входа забортного воздуха, двухканальный дозвуковой сопловой аппарат 2, каналы которого образованы профилем дозвуковой сопловой лопатки с поворотом струи, профилем спинки лопатки и профилем корытца лопатки на корпусе, двухканальный сверхзвуковой сопловой аппарат 3, каналы которого образованы профилем сверхзвуковой сопловой лопатки с поворотом струи, профилем спинки лопатки и профилем корытца лопатки на корпусе, стабилизатор 4 направления струи воздуха, эжектор-смеситель 5, корпус которого содержит лопатки 6 направляющего аппарата, окна 7 забора воздуха из отсека, расположенные в одной плоскости, фланец 8 выхода охлаждающего воздуха. Это устройство имеет плоскую конструкцию, т.е. толщина устройства на порядок меньше его длины, и, в зависимости от места забора воздуха и расположения БРЭО, угол изгиба (α) между корпусом сопловых аппаратов и корпусом эжектора-смесителя может иметь значение в пределах 0°<α<90°.
Устройство для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры по второму варианту имеет объемную форму с осесимметричными входом и выходом воздуха и содержит фланец 1 входа забортного воздуха, двухканальный дозвуковой сопловой аппарат 2, каналы которого образованы профилями осесимметричной дозвуковой сопловой лопатки и дозвуковой части корпуса 3, имеющем внутренний обвод в виде сопла Лаваля, трехканальный сверхзвуковой сопловой аппарат 4, каналы которого образованы зеркально расположенными относительно оси устройства профилями двух сверхзвуковых сопловых лопаток и профилем сверхзвуковой части корпуса 3, имеющем внутренний обвод в виде сопла Лаваля, эжектор-смеситель, содержащий корпус 5 в виде дозвукового сопла, окна 6 забора воздуха из отсека, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, фланец 7 выхода охлаждающего воздуха.
Устройство по первому варианту работает следующим образом. Забортный воздух с давлением и температурой торможения, определяемыми высотой и числом М полета, поступает через фланец 1 входа забортного воздуха в два канала дозвукового соплового аппарата 2 для предварительного разгона потока, а затем в два сверхзвуковых канала сверхзвукового соплового аппарата 3. В двух сопловых аппаратах 2 и 3 за счет адиабатического расширения происходит превращение потенциальной энергии в кинетическую, которое сопровождается уменьшением температуры воздуха с +140…+150°С до -65…-72°С, увеличением скорости воздуха до 620…690 м/с, что соответствует числу М=2,4…2,8. Возникающий при этом скачок уплотнения в межлопаточных сверхзвуковых каналах соплового аппарата 3 запирает их по расходу воздуха, делая параметры течения воздуха малочувствительными к изменениям режимов сверхзвукового полета ЛА. На выходе соплового аппарата 3 расположен стабилизатор струи 4, определяющий направление воздуха в устройстве. С выхода соплового аппарата 3 струя воздуха поступает в эжектор-смеситель 5. Воздух с высокой температурой через окна 7 забора воздуха из отсека поступает в эжектор-смеситель 5, направляемый лопатками 6 направляющего аппарата. Поступление воздуха из отсека в эжектор-смеситель 5 происходит за счет перепада статического давления воздуха в отсеке и в струе воздуха за сопловым аппаратом 3. При смешении потоков воздуха в эжекторе-смесителе 5 происходит охлаждение воздуха из отсека воздухом, выходящим из соплового аппарата 3. Далее охлажденный воздух поступает на фланец 8 выхода охлаждающего воздуха.
Работа устройства по второму варианту отличается тем, что воздух с выхода двухканального дозвукового соплового аппарата 2 поступает в трехканальный сверхзвуковой сопловой аппарат 4, что существенно стабилизирует поток воздуха объемной формы в корпусе 3, имеющем внутренний обвод в виде сопла Лаваля, из-за симметрии и наличия двух дозвуковых и трех сверхзвуковых каналов. Объемное смешение охлажденного потока воздуха из сопловых аппаратов 2 и 4 с воздухом, поступившим из отсека через окна 6, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, обеспечивает эжектор-смеситель 5 в виде дозвукового сопла. Такая конфигурация каналов и размещение лопаток сопловых аппаратов 2 и 4 позволили увеличить равномерность общего потока охлажденного воздуха, а следовательно, и повысить эффективность снижения температуры воздуха.
Применение устройств для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры позволяет, используя энергию скоростного напора воздуха при полете ЛА на сверхзвуковой крейсерской скорости, снизить температуру воздуха, используемого для охлаждения, по первому варианту на 50…53% при режимах полета ЛА на высотах 500…5000 м и числах Маха 1,5…1,8 и на 80% при полете на высоте 11000 м и числе Маха 1,8, по второму варианту - на 58…65% на сверхзвуковых режимах полета ЛА на малых и средних высотах (500…5000 м). Оба варианта устройства оптимизированы на режим полета высотой 3000 м, М=1,7 и температуру воздуха в отсеке 80…115°С. Кроме того, отсутствие в устройстве движущихся частей и хладагентов позволило упростить конструкцию и повысить надежность устройства.
1. Устройство для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, отличающееся тем, что имеет плоскую конструкцию с поворотом струи и содержит последовательно расположенные двухканальный дозвуковой сопловой аппарат, каналы которого образованы профилем дозвуковой сопловой лопатки с поворотом струи, профилем спинки лопатки и профилем корытца лопатки на внутренней поверхности корпуса, двухканальный сверхзвуковой сопловой аппарат, каналы которого образованны профилем сверхзвуковой сопловой лопатки с поворотом струи, профилем спинки лопатки и профилем корытца лопатки на внутренней поверхности корпуса, стабилизатор направления струи воздуха и эжектор-смеситель, корпус которого имеет окна забора воздуха из отсека, расположенные в одной плоскости, лопатки направляющего аппарата и выход охлаждающего воздуха.
2. Устройство для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, отличающееся тем, что имеет объемную форму с осесимметричными входом и выходом воздуха и содержит последовательно расположенные двухканальный дозвуковой сопловой аппарат, каналы которого образованы профилем осесимметричной дозвуковой сопловой лопатки и профилем дозвуковой части корпуса, имеющим внутренний обвод в виде сопла Лаваля, трехканальный сверхзвуковой сопловой аппарат, каналы которого образованы зеркально расположенными относительно оси устройства профилями двух сверхзвуковых сопловых лопаток и профилем сверхзвуковой части корпуса, имеющим внутренний обвод в виде сопла Лаваля, эжектор-смеситель, корпус которого в виде дозвукового сопла имеет окна забора воздуха из отсека, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и выход охлаждающего воздуха.
