Прикладная гидрогазодинамика Сергель О.С. (1014106), страница 65
Текст из файла (страница 65)
0,99). срв — скоростной коэффициент, учитывающий потери, вызванные неравномерностью полей параметров течения и скачками уплотнения в области горла. Для сопел Лаваля с конической дозвуковой частью срв рассчитывается по эмпирической формуле 1!): чз =1-0,032йЯ,р/г)за, (15. 83) где /е=Ср/С,; А'„р — радиус критического сечения; г — радиус кривизны стенки сопла в области горла (рис. !5.23). 311 Пря г/Карту; фр-— 1, <р„— скоростной коэффициент, учитывающнй уменьшение осевой составляющей скорости истечения (велнчнна которой определяет тягу) вследствне отклонення потока от осевого направлення прн выходе из конического сопла (см.
рнс. 15.23). Для равномерного копнческого потока определяется как среднее значение проекции вектора скорости на ось сопла (см. рнс. 15.23) 1Гс+1Гссова 1+ сова 21Гс 2 (!5. 84) Уменьшение цолуугла раскрытия сопла а прн Я„р/Я,=сопз( приводит к снижению нотсрь на раднальность истечения, т.
е, к увелнченню гр.. Прн этом увеличивается поверхность трения н потери на трение. Оптимальное коннчсское поило, при котором ртвгр. достнгает максимума, имеет место ярн а=8, 12'. Следует иметь в виду, что уменьшение средней осевой составляющей скорости, нз-за конического поля скоростей, учитываемое ~р., прпводит к сннзкенню тягн двигателя, но не вызывает увеличения энтропия н снижения р*. Поэтому, пря определении коэффнцнента сохранення полного давления сопла Лаваля по формуле (15.75), вместо грс 'следует подставлять только произведение у,зрр„, учитывающее гидравлические потеря, вызывающие рост знтропнн н снижение р.
Задача 1а,!а. 11зоорвзите схематично в Ы-диаграмме процессы ~ыозитропнага и реального расчетных сверхзвуковых истечений из сопел Лаваля при оди. иаковых начальных р*, Т*, р, Т и конечном р,. Отметьте для обоих случаев р ы Тяр. дайте определение и, и а,. О форме сопла Л аваля. Одномерная теория определяет площади сечений сопла Я„=о„в/17(Х„), но не опРеделЯет его фоРмУ н длину, которые выбираются в зависимости от назначении сопла. Сопла реактивных двигателей должны иметь минимальные потери, габарит, массу н стоимость.
Этим требованням прн небольшнх скоростях истечения й4с=3 удовлетворяют простейшне сопла, составленные нз конических дозвуковой н сверхзвуковой частей, соеднненных горловяяой, описанной дугой окружности с радиусом кривизны г/Й„рм2. Углы конусностя сужающейся части сопла рекомендуются в пределах 2))=30 .,60', а расширяющейся — 2а= ° 16 ... 25'. Этн условия обеспечнвают максимальную величину 1рс чртр9вгра — 1 ° Прн больших скоростях истечения М,>3 в ракетных двнгателях применяются сопла со специально спрофнлнрованнымн криволинейными стенками. Сужающаяся часть таких сопел н сопел аэродннамнческнх труб выполняется по профилю Внтошннского, либо профялнруется по методу акад. С. А.
Хрнстнановнча, а расширяющаяся сверхзвуковая часть црофнлируется по методу характернстнк. Физическое представление о таком профнлнрованнн можно получить по рнс. 13.10. Имеется н ряд более простых чисто геометрнческнх методов построения профиля сверхзвуковой части сопла, дающие хорошие результаты 111, Воздушно-реактивные двигатели работают в широком диапазоне режимов и высот. Этим режимам не удовлетворяют сопла неизменных проходных сечений.
Поэтому широко применяются регулируемые сверхзвуковые сопла (1, 25). Псевдоскачки. При истечении из сопла Лаваля с боль1пим перерасширением на срезе сопла устанавливается мостообразный скачок уплотнения (см. рис. 13.16, б). Если отношение давлений р„/р, превосходит критическое для пограничного слоя сопла при его взаимодействии с косым скачком уплотнения С8, то возникает отрыв пограничного слоя от стенки. Эффективное сечение потенциального ядра и чис- 1 у ло М* уменьшается и система скачков смещается внутрь сопла в некоторое сечение х с А„<д, р >р„гдесистема стабилизируется н течение происходит с отрывом пограничного слоя (рис.
15.25). ркс, 1дяб. Псекдоскачок Интересна отметить, что несмотря иа то, что скачки и отрыв вносят болыпие гидравлические потери„тяга двигателя яри течении с отрывом пограничного слон получается выше, чем при полном перерасширеяяи с мостообразным скачком за срезом сопла. 'Это объясняется тем, что за скачком и отрывом пограничного слоя давление на стенке внутри сопла увеличивается, достигая атмосферного на срезе и таким образом устраняется участок сопла, имевший при полном перерасширении отрицательную составляющую тяги (см.
рис. 13,17). Опыты показывают, что обычно в соплах устанавливается ие один прямой скачок, как это представлено на рис. 13.13, а система мостообразных или косых скачков. Поскольку эта система имеет конечную протяженность, то измерения показывают не мгновенное увеличение давления, как на рнс, 13 13, а постепенное.
Поэтому эти системы называются посевдоскачками. При дальнейшем повышении давления во внешней среде псевдоскачки приближаются к горлу при М,ж!,3, отрыв пограничного слоя прекращается, псевдоскачок превращается в скачок, близкИ к прямому, за которым в расширяющемся каяале реализуется дозвуковое диффуэорное течение.
В горле скачок исчезает и во всем сопле реализуется дозвуковое течение, Глава 16 ДИЕфУЗОРЫ Днффузоры служат для торможения жидкости. Несжимаемая жидкость тормозится только в расширяющихся каналах (йгэ -%'~Я~/Яз). При этом кинетическая энергия жидкости, в соответствии с уравнением Бернулли (4.83), превращается в энергию давления и частично затрачивается на преодоление сопротивления диффузора. Кан было установлено (1!.59), торможение газа можно осуществить за счет геометрического, расходного, теплового и механического воздействий, а при сверхзвуковом течении — даже за счет трения.
Комбинация этих воздействий может усилить или ослабить диффузорный эффект. В этой главе мы рассмотрим торможение газовых потоков за счет геометрического воздействия. Такое торможение газа находит широкое яримеиение во входных устройствах ВРД, межлопаточных каналах компрессоров, в камерах сгорания, в аэродинамических трубах и т. д.
Рассмотрим днффузоры ВРД, которые подразделяются, по числу Маха полета М„, на дозвуковые М,с !, малых сверхзвуковых скоростей Мэ 1,5 н сверхзвуковые М,>1,5, Все эти диффузоры должны иметь мниямальиые габариты, массу и потери. 16.1. ДОЗВУКОВЫЕ ДИФфУЗОРЫ ВРД Дозвуковые днффузоры представляют собой расширяющиеся каналы с плавно очерченными входными кромками для предотвращения отрыва потока на входе (рис, 16 1). Чем значительнее увеличение площади сечения днффузора на единицу его длины по/Их тем больше Нр/Ых>0 н тем меньше длина и масса днффузора.
На практике приходится ограничивать величину Фр/Их для того, чтобы избежать отрыва пограничного слоя — источника наиболее существенных потерь полного давления в дозвуковых диффузорах (и. 15.6). Вторым источником потерь является трение в пограничном слое. Температура торможения воздуха при энергетически изолированном течении в диффузорах, в соответствии с (11.6), остается постоянной Тз*=Т,'=Тчч. Полное давление из-за гидравлических потерь, в соответствии с (4.97) н (11,38), уменьшается, что прн- 314 У! Д а да ел лг аа шо гт ты гл! =1 ф~ — 1' ).2, о2 22 и 2 '1Л, / +! (16.
1) 315 Рис. 16»ь зависимость иоэффициеита смягчения удара от угла раствора Ь й диффувора круглого сечения /' водит к снижению тяги и экокомичности двигателя. Статическое давление и плотность увеличиваются за счет уменьщения скорости, но в меньшей о степени, чем это могло бы произойти при отсутствии гидравлических потерь, т. е.
при изоэнтропном сжатии. Расчет пограничного слоя в 1 р х диффузорных течениях трудо- емок, поэтому величину гидРис. !6.1. Режимы работы доввуио. Равлических потерь в днффувогс диффуяора ворах обычно рассчитывают с помощью экспериментальных коэффициентов. Примем обозначения параметров, соответствующие рис. 15.1, н рассчитаем потери полного давления, связанные с отрывом пограничного слоя и образованием и поддержанием вихревых зон, как потери на удар Борда — Карно при внезапном расширении канала с Я~ до 32 (9.5), который смягчен плавным расширением диффузора. Обычно при расчетах бывает задана приведенная скорость йа на выходе нз дяффузора, Поэтому выразим коэффициент сохранения полного давления в долях скоростного напора не на входе, как это было сделано в (9.5), а на выходе из диффузора, Полагая, приближенно, газ несжимаемым, т.
е. йажйаежо ' и учитывая, что ° » И+! 2 р»!й, = )т У*= — а»„получим Зс Ф 2 Рт Р Рт ! от 12 а»1Р2 1 ф~ -1) Р» Р„аг 2Р» здесь ~ — — 11 =г.„, — коэффициент потерь иа удар Ворда — Карно гяк ~з ! при внезапном расширении канала с 5~ до Як, ф — экспериментальный коэффициент смягчения удара, зависящий только от угла раствора диффузора а (рис. 16.2). Прн а=0 ф=0, т. е. потери на отрыв пограничного слоя отсутствуют. С увеличением а возрастает с(р/сЬ, возникает отрыв пограничного слоя, вихревые зоны перемещаются от выходного сечения днффузора к входному, ф увеличивается, а о уменьшается — потери возрастают. В пределах углов раствора днффузоров 40 с„ос < 150' коэффициент смягчения удара становится больше единицы и достигает максимального значения ф= 1,2 при о=60'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
