Прикладная гидрогазодинамика Сергель О.С. (1014106), страница 67
Текст из файла (страница 67)
16.6). Число скачков системы выбирается из условия получения высокого значеняя коэффициента сохранения полного давления о при расчетном числе Мв полата при входном устройстве приемлемых габаритоз, массы н возможностей регулирования, Оптимальной системой данного числа скачков для заданного числа М, называется система, обеспечивающая максимальное значение коэффициента сохранения полного давления он„ В оптимальной системе внешнего сжатия все скачки уплотнения должны сходиться иа передней кромке А обечайки (рис. !6.7, а). В этом случае обеспечиваются максимальные значения о, расхода воздуха ( ф= 1) и минимальное внешнее сопротивление. Исследования показывают, что максимальное значение (о„), „ для системы из т плоских скачков уплотнения, т. е.
из (т,— 1) косых и одного замыкающего прямого (о„,),„н=о1оа...о<„, ~!он (16. 5) имеет место при одинаковой интенсивности всех косых скачков о) от "' от-1 ох' (1б. 5) .Это значит, что для всех косых скачков оптимальной системы одинаковы нормальные составляющие чисел М»„, )е»о=йт»»а»нр „, повышение давления, температуры и плотности и увеличение энтропии (12.2), т. е. Мна=М)е " '™»е~-т) ы 1ее=))н=" =')»л-т) е' Р)IР~=Р»)Р)'=" =Р~-1!Р~~ — 2' » ъ»»н=''» 2!7»'= "==7~-пТ~-з Ю)Е.=Ь/и)= -=и.
Е; Ф вЂ” Яе)=-Фе-~)-=-" -=Ф» -о — о» вЂ” )). (15. 7) Рие. )6.7. Входное уетроаатно: а-пре и: 6-нри и <мер; е-еря ме>М„р Замыкающий прямой скачок оптимальной системы при 1,5<:Мнс 5 немного слабее косых скачков М,,) — 0,94 М„,;=-0,94Мн сйп ар. Поэтому из (1б.5) получим (15. й) Следовательно, расчет оптимальной системы скачков для заданного М„ состоит в определении величин углов наклона поверхностей торможения о)» и углов фронтов косых скачков а», которымн определяются о всех скачков оптимальной системы и, наконец, величинь) (о )е,„. Остальные геометрические размеры оптимальной системы определяются на основании заданного расхода воздуха, фокусировки скачков па обечайке и уравнения неразрывности. Методика расчета ох), о)г, а»н ат и пане ЯРтрехскачк о в о й о и т и и а л ь н о й с и с т е и ы с к а ч к о в (см.
рис, 1б.7, а). 321 1. Рассчитывается система 2 — 8, состоящая из второго косого и замыкающего прямого скачков. Поскольку оптимальное расположение первого косого скачка уплотнения н, следовательно, чясло Ма за ним, неизвестны, для расчет» выбираются ие менее четырех произвольных значений Мм, лежащих в пределах 1ч=Мнтс-Ма, Для каждого Мц составляется таблица расчетных данных б, / о Мгт агтаг аа от о;ы аа аа та б Рнс. !6.8. Онтнманьная трехсначкоаая снстена входного устройства ВРЛ В соответсгвии с номерами столбцов выполняются следующие действия: 1. Задаются 5...6 значений угла о, в пределах от а, до 65'.
Далее определяются (см. и. 12.2); 2 — М, =Ми з(п аа, 3 — 1„= =,/'(Мга) по таблицам газодинамических функций илн по формуле "~' мт !н т Хм=, ' 4.— 1оа=)Аа' 5 — 18Ра=(йоФо' 6— !+ мн Рг' 7 — о„т=у(Хг„)/р(~т„); 8 — 1т=Х,— а; 9 — Ха=1/ат, '1Π— а„= соа ра =й(1о)/о()а): 11 — от а=о„ао„. Для каждого М„строятся графики оаь о„„о, а, оа в зависимости от ееа и определяются их наивыгоднейшие значения (рис. !6. 8, а). П. Рассчитываются по методике пункта / для первого косого скачка значения оть а„ь Мг для различных аа при заданном Ма.
По результатам расчетов по пунхтам 1 н И строится график, по которому определяются оптимальные параметры компоновки (рис. 16.8, б). Н» диаграмме (б (рис. 16.8, в) сравниваются ударное сжатие воздуха иа прямом скачке (Н вЂ” /7) и в трехскачковой системе _#_2 (Н вЂ” т" — 2 — 3) при однкаковых начальных условиях.
Сжатие в каждом из слабых скачков системы сопровождается незначительным увеличением энтропии и снижением полного давления. Поэтому и суммарные потери в системе меньше, чем для прямого скачка ай„.„п>пп. В соответствии с меньшими потерями статическое давление, плотность н кинетическая энергия воздуха после сжатия и системе скачков выше, а температура ниже, чем после сжатия в прямом скачке уплотнения. Задача 16.2. Объясните причину увеличения потерь в системе скачков (см. рнс.
16.8, б) прн увеличении н умеиыпе~тии а» по сравнению с а» ,, Ииобраинте соответствующее нпмепеине линии Н вЂ” 1 — 2 — 2 пи рнс. 16,8, и. а) Рпс. 16«Ь Дпффузоры: а — изоиитвоииый; б — с выбитой удавной пои»ой; е — сиешиииый Зависимость (о, ) „от М для плоских оптимальных систем скачков показана на рис. 16,4. Выигрыш от перехода к большему числу скачков получается тем значительнее, чем больше М . Если М, лежит в пределах 1,6 ... 2,0, то используется двухскачковая система (К+П), если в пределах 2 ...
2,5 — трехскачковая и так далее. «Изоэнтропный» диф ф узор. В пределе, при бесконечно большом числе бесконечно слабых скачков уплотнения, можно теоретически представить плавное изоэнтронное сжатие сверхзвукового потока о= 1. Изознтропное сжатие от М„ до М 1 представляет обращенное изоэнтропное расширение от М=1 до М . Поэтому контур поверхности торможения рассчитывается для каждого М, по формуле (13.13), определяющей линию тока в течении Прандтля — Майера (рис. 16,9, а). В действительности полностью нзоэнтропное торможение сверхзвукового потока осуществить не удается: течение происходит при большом с(р/с(х>0, что приводит к отрыву пограничного слоя, возникновению скачка уплотнения, переходящего в отошедшую ударную волну у обечайкн (рис.
16.9, 6). Использование отсоса пограничного слоя и сочетание скачков уплотнения и слабых волн сжатия (рпс. 16.9, в) дает возможность части <но использовать ичоэнтропное сжатие газа и увеличить о'. Регулирование входных устройств. Оптимальная компоновка входного устройства соответствует только расчетным числу Йпп и режиму работы двигателя.
При неизбежных отклонениях М„от М,р и изменениях режима. работы двигателя компоновка теряет оптимальность, Например, прн Мнс Мпр углы косых скачков увеличиваются и они отходят от кромки обечайки, превращаясь в отошедшую (выбитую) ударную волну (см. рис. 16.7, б). Это приводит к увеличению потерь, т. е. к уменьшению а н к уменьшению расхода воздуха 8 <Я~ и ф<1. Кроме того, взаимодействие ударной волны с пограничным слоем вызывает его отрыв (см. и. 15.5) и неустойчивую работу воздухозаборника (помпаж).
Оптимальность системы нарушается и при М„>Мрр (см. рнс. !6.7, з). Для того, чтобы компоновка входного устройства при изменении М„и режима работы двигателя возможно меньше отклонялась от оптимальной, сверхзвуковые входные устройства делаются регулируемыми. Наиболее полное регулирование включает изменение углов гр установки поверхностей торможения, относительное осевое смещение обечайки и центрального тела, изменение проходных сечений илн регулирование расхода воздуха перепуском, а также управление пограничным слоем. Особенности течения воздуха за замыкающим систему прямым скачком. На рис.
167, а показано, что дозвуковой поток за прямым скачком снова ускоряется в сужающемся канале до Х 1 в горле воздухозабориика и до Х>1 — в расширяющемся канале и переходит в дозвуковой Х(! на прямом скачке уплотнения. Только после этого дозвуковой поток тормозится до задзшюго Х,=О,5 перед компрессором в расширяющемся дозвуковом диффузоре, При такой организации течения неболыпне изменения режима работы двигателя и, следовательно, объемного расхода воздуха, сказываются только на положении этого прямого скачка н не нарушают расчетной системы скачков, При увеличении объемного расхода, т.
е. снижения давления на входе в компрессор, скачок перемещается вниз по потоку и становится сильнее, потери возрастают н объемный расход через двигатель увеличивается при неизменном массовом расходе. Прн уменьшении объемного расхода, т. е. при повышении давления, скачок смешается против течения, ослабевает, потери уменьшаются и объемный расход через двигатель уменьшается н оптимальность системы сохраняется.
Таким образом, в данном случае, скачок уплотнения играет положительную роль гвзодинамического регулятора постоянства массового расхода воздуха через двигатель при переменном объемном расходе. Это регулирование достигается введением дополнительных потерь. Если бы за замыкающим скачком уплотнения отсутствовала бы сверхзвуковая зона течения с прямым скачком, то повыше- нине давления, например, в дозвуковой части диффузора приводило бы к выбиванию расчетной системы скачков (см.
рнс, 16.7, б). Влияние пограничного слоя на работу диффуз о р а. Пограничный слой, нарастающий на поверхностях торможения увеличивает углы м в отклоняет скачки от расчетного положения. Взаимодействие пограничного слоя со скачками уплотнения приводит к их искажению в вызывает отрыв пограничного слоя (см. и. !5.6). Заторможенный в пограничном слое воздух, попадая в двигатель, снижает давление торможения.
Для уменьшения вредного влияния пограничного слоя применяются различные способы управления им: слив, отсос, охлаждение поверхностей торможения, Работа сверхзвуковых и особенно гиперзвуковых входных устройств невозможна без управления пограничным слоем. Например„ прн Я=6, входное устройство без управления пограничным слоем имеет о=0,1, а с управлением о=03. Задача 163.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
