Mi az összefüggés a tolóerő és a fúvócső kialakítása közt?
Jó a kérdés, már vártam. A válasz kicsit összetett.
Az ejektor volt időban korábban és az a jobb a nagyobb magassághoz, sebességhez, lásd SR-71, Concorde, MiG-23, MiG-25, Tu-144, Tu-22M, F-111, részben a MiG-31 és a francia gépek, egészen még a Rafale is.
Ezek közt persze nem mindegyikre jellemző a nagy magasság/sebesség, pl a Rafale-ra biztos nem, de az ejektoros fúvócsővel meg lehet oldani az IR árnyékolást is.
Az ejektor lényege, hogy nem csak a Mach kritikus, hanem a kilépő keresztmetszet is vezérelhető, emiatt a tolóerő karakterisztika a nagyobb magasságokon, alacsonyabb környezeti nyomáson is kedvezőbb, mert a kilépő keresztmetszetet rá lehet szűkíteni a gázsugárra, amivel elősegítik, hogy a nagy fúvócső nyomásviszonynál (azaz a lecsökkent környezeti nyomásnál) a széttartó gázsugár a tolóerő irányvektorára vissza legyen "fókuszálva".
Korábban a szovjetek pl az R-29-esnél ki tudták használni azt, hogy a MiG-23-ashoz tervezett hajtómű a 23-ason ejektoros rendszer volt, de a második fúvócső a gép része volt. Ezért a nagy magasság és sebességhez szükséges nagyobb erejű (és fogyasztású) forszázs és ejektor könnyen elhagyható volt, amikor a Szu-17M/Szu-22M3-ba, illetve MiG-23BN/MiG-27-be kellett átrakni. Itt csökkentett turbina gázhő, csökkentett forszázs és szimpla, csak konvergens (belső) fúvócső is elég volt. Ez akkor egy gyors megoldás volt, de az eleve Laval-profilos AL-21F3-as, amit meg eleve ehhez a géphez terveztek, meg jobb volt.
Csak drágább, de annak az egész hajtómű komplett dizájnja volt az oka, nem csak a fúvócsőé.
Ezzel szemben az ejektor hátránya, hogy a belső és a külső fúvócső az két külön elem, melyek közt egy komoly áramlási interferencia alakulhat ki.
Nem úgy a Laval profilnál, ahol a szűkülő-bővülő átmenet folyamatosabb, ezért a Mach-kritikus keresztmetszet után mininális áramlási veszteséggel megy át tágulásba a gázáram, amivel a sebessége a szuperszonikus áramlástan törvényei szerint tovább növekszik, egészen addig, ameddig a benne levő túlnyomás ehhez energiát biztosít. Ez nagyon hatákony kisebb magasságokon, mert így a fúvócső hatásfoka kedvezőbb. Kisebb magasságokon az effektív tolóerő nagyobb.
De ugye csak a Mach-kritikus keresztmetszet vezérelhető, az utána jövő "harang", azaz a bővülő profil már nem, az szimplán csak úgy tágul, ahogy a gázban levő túlnyomás tágítja. És ha ez a túlnyomás egy bizonyos értéken túl nő (mert mondjuk nem 13 ezer, hanem 18 ezer méterre kell felemelkedni) akkor bizony akadály nélkül fog tölcsérszerűen a gáz széttágulni, tehát nem csak útirányű, hanem oldalirányú tolóerő komponensek is lesznek, ami nettó veszteség.
Erre megoldás a dupla vezérlés, azaz, amikor olyan Laval fúvócső van, aminél nem csak a Mach-kritikus, hanem a kilépő keresztmetszet is vezérelve van.
Ilyen volt az XB-70-es J-93-as hajtóműve, vagy a 9.01-es legelső MiG-29 prototípus legelső RD-33-as prototípus hajtóműve is.
Illetve, járulékos eredményként az F-15 ACTIVE F100PW229 P/YBBN jelű TVC fúvócsővének csináltak ilyen extra képességet.
(Továbbá az F-22-esen az F119PW100-asnak a 2D TVC síklap Laval fúvócsöve is állítólag egy duplán vezérelt profil, pont a nagy magasságú feladatkör miatt)
Szóval megoldás az van, csak ha nem kell folyton magasra menni, akkor inkább elhagyják ezt a másodlagos rendszert. Ezért a ma ismert összes Laval fúvócső csak a Mach-kritikuson van vezérelve, a kilépő keresztmetszet pedig csak szabályzódik a gáznyomás és a hidraulikus munkahenger munkanyomása közti egyensúly alapján.
Azaz, a válasz röviden: kisebb magasságokra a Laval a hatékonyabb és emiatt fajlagosan (hajtóműtömegre vetítve) nagyobb a tolóerő, de nagyobb magasságokon "bele kell nyúlni a zsebbe", azaz a bonyolultabb ejektor a nyerő.
És igen, ahogy fentebb is írtam, az ejektor másik előnye, hogy az IR reduálást vele jobban meg lehet oldani. Nem is véletlen, hogy mind a P&W, mind pedig a GE 90-es évekbeli LOAN programhoz benyújtott dizájnja valójában az ejektoros fúvócső amolyan reneszánsza volt.
És, hogy mégszebb legyen, vannak azok az ejektoros fúvócsövek, melyeknek a belső fúvócsöve amúgy meg önmagában egy Laval profil, mint a MiG-31-es D-30F6-osa.
Itt az a történet, hogy a D-30F6-osok eredetileg duplán vezérelt Laval fúvócsővel rendelkeztek:
(itt a képen a két monyinói gép közül pont az látszik, ahol a jellegzetes nyomáskiegyenlítő szelepekkel szerelt belső Laval-profil bővülő része ki lett szerelve, ezért van ott az a rés):
Itt pedig a sorozatgyártott verziók fix profilos megoldása látszik közelről:
Itt látszik, hogy a belső Laval megmaradt, de a külső rész egy fix, a nagy magasságokhoz belőtt kontúrú gyűrű. Ennek a változtatásnak az oka az volt, hogy a nagy sebességeken és magasságokon az eredeti konstrukció "szerette" elhagyni a GSF lamellákat, ezért a sorozatgyártással azt a masszívabb és egyszerűbb fix gyűrűre cserélték le.
www.facebook.com
china-defense.blogspot.com
bulgarianmilitary.com
