Аэродинамика сопел.       К началу 80х годов был накоплен и обобщен обширный материал по тяговым характеристикам различных выходных устройств: сопел двухконтурных двигателей для гражданской авиации, сопел с разрывным и непрерывным контуром, для высокоскоростного ЛА, сопел осесимметричной и плоской конфигурации.

Важным направлением работ являлась разработка методов определения характеристик натурных осесимметричных сопел в системе двигателя. Решение этой задачи представляет сложную проблему. Обычно при доводочных испытаниях ТРДФ и ТРДДФ на высотных стендах с помощью весов определяется величина тяги сопла или тяги двигателя. Оценить эффективность натурного сопла можно, лишь сравнив эти величины со значениями идеальной тяги сопла или идеальной тяги двигателя на одном и том же режиме, определение которых для натурного двигателя затруднено. Разные способы определения идеальной тяги сопла могут приводить к различным результатам, зависящим как от неравномерности потока в сопле, так и самого способа. Для разрешения указанной проблемы предложено проводить исследования не только со штатным соплом, но и с технологическими (эталонными) жесткими соплами, характеристики которых могут быть достоверно установлены. В итоге выполненного анализа собственных расчетно-экспериментальных исследований, а также результатов исследований различных авторов В.П.Сафоновым предложена методика определения тяговых характеристик сопел при испытаниях двигателей (1982, ЦИАМ).

На рубеже 70-80 годов в институте начаты исследования характеристик течений в соплах обеспечивающих отклонение направления тяги. На экспериментальных стендах выполнены многочисленные модельные исследования характеристик плоских сопел.

Проведенные Ю.М.Клестовым и другими сотрудниками ЦИАМ экспериментальные исследования предоставили необходимые данные, характеризующие основные закономерности различных способов отклонения тяги. Были подтверждены представления о том, что при отклонении потока в дозвуковой части сопла направление тяги фактически соответствует геометрическому углу поворота сопла и не зависит от перепада давления на сопле. Для сопел с отклонением потока в сверхзвуковой части выявлена зависимость угла направления тяги от величины перепада давления. При малых сверхзвуковых препадах давления на сопле обнаружено существенное превышение эффективного угла направления тяги по сравнению с геометрическим углом поворота сверхзвуковых створок сопла.

Другая важная особенность, различающая два указанных способа отклонения потока, связана с точкой приложения равнодействующей газодинамических сил на сопло. Для концепции сопла с отклонением потока в дозвуковой части точка приложения силы расположена перед горлом сопла вверх по потоку. Для сопла с отклонением потока в сверхзвуковой части эта точка располагается за горлом сопла вниз по потоку. Таким образом, можно говорить, что сопла с отклонением потока в сверхзвуковой части обеспечивают больший момент относительно центра масс самолета.

Разработанные, изготовленные и экспериментально исследованные модели регулируемых плоских многофункциональных сопел позволили выполнить исследования на сверхбольших углах отклонения направления тяги (до 40^о), а также и на режимах реверсирования. Полученные в ходе экспериментальных исследований данные предоставляют необходимую информацию для определения целесообразности применения той или иной концепции сопла, основных геометрических пропорций сопла и уровня газодинамической эффективности сопла.

Одновременно с экспериментальными исследованиями совершенствовались расчетные методы определения газодинамических характеристик сопел. В работах И.А.Браилко достигнут уровень решения аэродинамических задач, обеспечивающий численное моделирование вязких многомерных течений в соплах. Анализ и верификация результатов численного моделирования показывают, что используемые подходы обеспечивают получение достоверных локальных и интегральных газодинамических характеристик течений в соплах.

В рамках работ по численному моделированию выполнены исследования течений в плоских и осесимметричных соплах на основных и векторных режимах работы сопла. Моделирование течения в плоском сопле выполнено для широкого диапазона перепадов давления в сопле, включая режимы с сильным перерасширением потока. Моделирование выполнялось в двумерном и трехмерном приближении. Полученные результаты были верифицированы результатами экспериментальных исследований модели сопла. На рисунке 1 экспериментальные данные значений угла поворота вектора тяги сопоставлены с результатами численного расчета.

Примером исследования осесимметричных сопел с УВТ является сравнение двух перспективных схем. Первая схема (а) обеспечивает управление направлением тяги поворотом всего сопла, вторая (б) - отклонением только его сверхзвуковой части. Исследование выполнено в широком диапазоне углов отклонения сопла и для различных режимов работы двигателя. Проведенные исследования выявили сложный характер течения в соплах.

Сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными и известными результатами других исследований позволяет считать, что при численном моделировании удовлетворительно описывается внутренняя аэродинамика сопел.