Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М.

М. М. БОНДАРЮК и С. М. ИЛЬЯШЕНКО ПРЯМОТОЧНЫЕ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ГОСУЛАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЪСТВО ОБОРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Москва 1958 В книге приводятся сведения по теории, характерястикам, конструкции и проектированию дозвуковых и сверхзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей, изложенные на основании отечественных и зарубежных материалов, опубликованных в виде книг илн журнальных статей. Рассматривается теория основных элементов двигателя: диффузоров, камер сгорания и реактивных сопел, а также работа всего двигателя в целом.

В качестве источника энергии рассмотрено применение как молекулярного, так и ядерного горючего. Книга предназначается для инженеров, специалистов по авиационному двигателе- строению и для студентов авиационных вузов, знакомых с основами термодинамики н газовой динамики, Рецензент докт. техн. наук проф. Е. С. Щетинкин Редактор инж. Б. В. Манаров Зав. редакцией инж. А.

И. Соколов ПРЕДИСЛОВИЕ В о!гечественной и зарубежной литературе в настоящее время опубликовано много материалов, относящихся к вопросам теории и испытаний отдельных элементов прямоточных воздушно-реактивных двигателей: диффузоров, камер сгорания, устройспв для паспыла горючего и стабилизации пламени, реактивных сопел; однако все перечисленные вопросы не обобщены в достаточной мере ни у нас, ни за рубежом.

Предлагаемая книга является, таким образом, первой попыткой обобщенного изложения сведений, необходимых для понима:. ния физических процессов, а также для газодинамического и тягового расчета прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Исходными материалами при написании книги служили монографии и журнальные статьи, опубликованные в отечественной и зарубежной открытой печати, а также собспвеннне работы авторов. В тех случаях когда в литературе отсутствовали данные о численном значении тех или иных параметров, например, о коэффициенте тепловыделения в камере сгорания или о коэффициенте местных сопротивлений камеры, авторы ограничивались реп ением вопроса в общем виде и построением качественных характеристик. В последнее время в литературе появились сообщения о разработке атомных авиационных двигателей.

Авторы поместили в книге краткую обзорную главу, посвященную ядорным прямоточным воздушно-реактивным двигателям. В целях лучшего усвоения и закрепления излагаемого материала, в книге приведено большое количество примеров с подробными численными решениями. Авторы стремились пользоваться наиболее распространенной терминологией и обозначениями. К сожалению, это не всегда удавалось, так как в различных областях науки пользуются различной терминологией и обозначениями.

Например, в аэродинамике широко применяется техническая система единиц, где масса выражается в технических единицах массы (не имеющих общепринятого названия) Размерностью кГ сек'!м, а плотность вещества р выражается в технических единицах плотности размерностью кГьак'(м4., В финике и термодинамике принята система СОВ, в которой масса выражается и граммах массы г, а плотность р в г(смз. В таблицах таких физических констант, как плотность, теплоемкость с, теплотгорность Н, теп- лота реакции Е, теплота плавления 1 и т.

д. единицами массы обычно служат граммы массы 1в этом случае в качестве тепловых единиц служат калории), либо килограммы массы (1 кг=1000 г); в этом случае единицами теплоты служат килокалории. Численное значение измеряемого параметра в обоих случаях одно и то же, например, с„=0,24 кал/э=0,24 ккал(кг. Таким образом, избавиться от переводного множителя в уравнениях, куда входят одновременно и величины, выражаемые в технических единицах массы, и величины, относимые к килограмму массы, невозможно. Авторы решили пользоваться только одними единицами, а именно: кило г р ам ма м и м ассы, так как расходы газов обычно выражаются в килограммах в секунду, а не в технических единицах (кГ сек»/м).

Поэтому во все уравнения механики у нас вошел переводной множитель у=9,81 м/сек». Плотность и в уравнениях механики и в уравнениях теплового баланса мы выражаем в кг/м», сохраняя в нервом случае переводной множитель я; Плотность, выраженную в кг/м», в отличие от плотности р, выраженной в кГ сея»ум", мы обозначаем 1ерез т: Т =ЯР. Плотность, выраженная в кг/м», численно равна удельному весу в «Г!м', .измеренному на уровне моря и на широте 45' (географических). Там, где у нас говорится «плотность у в кг/мз», при желания можно сказать «удельный вес в кГ(м~». Авторы выражают признательность докт.

техн. наук проф. Е. С. Щетинкову и инж. Б. В. Макарову за ряд ценных замечаний, сделанных ими в процессе рецензирования и редактирования рукописи. Все замечания и пожелания по содержанию и оформлению книги авторы просят направлять по адресу: Москва, И-51, Петровка, 24, Оборонгиз. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ (по алфавиту) ии, в лет/еек в м/еек а — критическая скорость в м/еек а †факт молекулярного изменения А — геометрическая характеристика форсунки А — тепловой эквивалент работы а — угол наклона поверхности скачка в градусах а в коэффициент избытка воздуха ах — угол раскрытия диффузора ах в козффнциент теплоцередачи Ь вЂ” ширина входной щели диффузора в лг ач-1 ° ййй 2 'та 1  — коэффициент в формуле расхода: В = ~/ Л~й+~) 1 р — коэффициент переноса вещества в— сек.

е — скорость звука в м/сек С в концентрация в кг/лгэ ер — теплоемкость при постоянном давлении в клал/кг град с — теплоемкость при постоянном объеме в ккал/кг град еа — коэффициент тяги е — коэффициент сопротивления сх — коэффициент увеличения импульса сопла Лаваля и — диаметр капли в леле или лек о †диаме днффузора, камеры в м Ве — коэффициент диффузии, отнесенный к градиенту канцентрац Вр — коэффициент диффузии, отнесенный к градиенту давления, Š— толщина присоединенной пленки в мк Š— энергия образования в клал/кглголв ~4 а — степень расширения сопла е =— бчхэ Л вЂ” сила трения в кг тх †коэффицие расхода диффузора т — коэффициент скорости т — коэффициент живого сечения сопла форсунки тсг — коэффициент полноты сгорания — ускорение силы тяжести на уровне моря и широте 45с а; — весовое содержание 6, — весовой расход воздуха в кг/сгк Ц вЂ” весовой расход газов в кг/сгк Пг — весовой Расход гоРючего в кг/сгк т — плотность (удельный вес) в кг/мз й — вышина щели в м Н вЂ” высота полета в м ̈́— теплотворность (низшая теплотворная способность) горючего в ккал/кг / — энтальпия (теплосолержание) в ккал/кг г — энтальпия в ккал у — ускорение в м/сгнг д — показатель Пуассона; с индексом .х' лля набегающего воздуха, с индексом „г" для горячих газов й — аэродинамическое качество А — коэффициент пропорциональности 14 /( — скоростной (газодииамический) коэффициент ПВРД /(=— хн ф — коэффициент смягчения удара — длина в м й — количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 нг топ- лива Ю Л вЂ” приведенная скорость Х =— а Х вЂ” теплопроводность в ккал/м сгн т — масса в килограммах массы т — степень сужения (геометрический иараметр) ВРЛ и — степень расширении диффузора М вЂ” число Маха Н вЂ” молекулярный вес в кг н — динамическая вязкость в кг сек/мг Ч вЂ” коэффициент полезного действия и — число капель дг — мощность в л.

с. или икал/сгк Хо — критерий Нуссельта т — кинематическая вязкость в мг/сгн тг — относительный вес топлива м — угол скоса потока в град. и — угловая скорость в рад/сек р — давление в кг/мт ро — давление торможения в кг/мг Рн — давление паРов в кг/мз или в мм Рт. ст. Р— вес в кг или т Р— сила реакции отходящих газов в кг Рг — критерий Прандтля я — относительный перепад давлений в сопле— РО4 Рг Ч вЂ” скоростной напор в кг/мг у — тепловой поток в ккал/мзсгк аэг — поток вещества в кг/лясгк 1г — количество тепло1ы в ккал тгяьт — ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ В ККаЛ г — радиус капли в мк, м И вЂ” радиус вращения в м гг — объемное содержание компонентов йо — тяга потока (реакция потока на стенки канала) в кг й — реактивная тяга в кг йэв — эффективная тяга в кг й„— лобовая, или мнделевая, тяга в кг/мз /с — газовая постоянная в ккал/кг град с индексом „в' — воздуха сом .г" — продуктов сгорания йе — критерий Рейнольдса р — плотность в кг/ггкхма з — энтропия в клал/ьг град 8 — энтропия в икал/град 5 — поперечное сечение в мэ э — коэффициент давления ад — коэффициент давления диффуэора общий э — коэффициент давления сверхзвукового участка диффузора г — коэффициент давления дозвукового участка диффузора э„— коэффициент давления при обтекании местных сопротивлений с„ †коэффицие давления при сгорании с, †коэффицие давления сопла общий э, †коэффицие давления сверхзвукового участка сопла э, — коэффициент давления дозвукового участка сопла э,г — коэффициент давления двигателя в целом г — время в сек.

/ — температура в 'С Т вЂ” температура в 'К То — температура торможения в 'К; с индексом .х' — холодного с индексом .г" — продуктов сгорания б — относительный подогрев 0 = — ' уо.х и — окружная скорость в и/сгк и — относительная скорость капель в м/сгк и„— нормальная скорость распространения пламени в см,'ггк и — внутренняя энергия в ккал/кг 0 — внутренняя энергия в клал и — абсолютная скорость капель в м/сек э — удельный объем в мз/кг У вЂ” объем в мз с индек- воздуха' та — скорость воздуха в м/сгк Ит — теплопроиэводнтельность горючего в ккал на 1 кг продуктов сгорания х — координата в м Х вЂ” сила сопротивления в кг у †координа в хг х — процент испарившегося вещества дг ах+1 ~~г ~х ~г+ 1 ггх ~х хг+ х гсг аг ах+1 "г» Функции а ГЛАВА 1 КЛАССИФИКАЦИЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕИ И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Некоторые современные летательные аппараты, например, зенитные управляемые ракеты и ракеты дальнего действия, движутся в несколько раз быстрее, чем распространяется звук.