4 (1014111), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Внешняя сверхзвуковая часть струи ускоряет внутреннюю часть так, что уже на небольшом расстоянии за скачком ВВ, (рис. 6-28,а и г) поток на оси достигает сверхзвуковых скоростей На осч образуется как бы сопло Лаваля„границами которого служат линии раздела ВЯ и ВДь Для всех рассмотренных режимов характерной особенностью осесимметричной струи является различная кривизна ее границы, внутренних линий тока, скачков и волн разрежения. Действительно, как уже указывалось в гл. 4, при переходе через конический скачок линии тока непосредственно за скачком искривляются, причем их кривизна переменна вдоль скачка Если осесимметричный скачок имеет криволинейную образующую, то кривизна линий тока увеличивается.
Линии тока искривляются и при переходе через коническую волну разрежения. Форма расширяющейся части сопла оказывает значительное влияние на спектр струи за соплом, Опыт показывает, что в правильно профнлированном осесимметричном сопле скачки уплотнения за выходным сечением возникают только при больших отклонениях режима ог расчетного (ра ~р,). На расчетном режиме и при незначительных отклонениях от него ()т <р~) сопло работает без скачков уплотнения на выходе, В конических соплах скачки в струе обнаруживаются при всех режимах С увеличением угла раствора расши- йур ряющейся части интенсивность скачков и их крийизйа увеличиваются При больших углах раствора на выходе из сопла на расчетном режиме возникает мостообразный скачок (рис.
6-29) Расширяющаяся часть непрофилированных сопел 'Лаваля выполняется, как правило, конической с неболь- Рис 6-29 Спектры потока в струе аа осесимметричиыч соплом Ла вали. Расчетные характеристики сопла 1 = 1,52, а, = 0,066, Л1„= 1,6. а — аи —— 0,54а, 6-аа — — 0.04, в — ви — — Ода. шим углом раствора, равным 8+12' На расчетных режимах течение газа в сопле может быть безогрывным и при значительно больших углах раствора.
Величину предельного угла раствора плоского сопла, отвечающего безотрывному течению, на расчетном режиме можно легко определить по диаграмме характеристик (гл. 3) или с помощью таблиц (см. приложение), если задано расчетное значение )„Угол сопла должен 371 08 0,8 04 Зт2 373 быть не больше угла отклонения в волне разрежеййя при ускорении потока от Х= ! до тп. / Вместе с тем увеличение угла раствора оказывает значительное влияние на структуру потока в сопле при расчетном и нерасчетных режимах. По мере увеличения угла раствора растет величина отрицательного градиента давле- Рис. 6-30.
Схема расположеиия сзгачкоа а сопле Лаааля с болыпим углом раствора. ления в расширяющейся части; возрастает неравномерность потока по оси струи и в выходном сечении. Выше были приведены спектры потока в плоском сопле Лаваля с большим углом раствора. Опыт показывает, что и в конических соплах с большими углами раствора обнаруживаются аналогичные качественные изменения спектра.
Схема перемещения системы скачков внутри конических сопел при различных режимах е, ) е,а приведена на рис. 6-30. Таким образом, характерны е рен имы сверхзвукового сопла с большим углом раствора нельзя определять по формулам, приведенным в предыдущем параграфе. Для такого сопла значения р,, р, и р,д ниже, чем для сопла с малым углом Т,, и следовательно, переход в третью группу режимов происходит при меньших изменениях начального илн конечного давления. На рис. 6-31 приведены коэффициенты потерь и, для нескольких осесимметричных сопел.
Отсюда можно заключить, что минимальные потери соответствуют режиму истечения, близкому к расчетному. При возрастании е, потери в сопле резко увеличиваются и достигают максимальной величины вблизи кри- тического значения а, = 0,55 —:0,65. При еще ббльших зйз. чениях а„потери уменьша|отся. Такой характер кривых ь, объясняется изменением яолновых и вихревых потерь в сопле для второй и третьей групп режимов. Теоретически изме- Пз 0тч Рис.
6-36 Кривые коэффипиеитоа потерь 4, а зависимости Ота и~п кение потерь должно происходить только при а ~ е, Однако, как показывает опыт, увеличение потерь с возрастанием е, происходит прн меньших значениях а,. Повышение давления в системе скачков, возникающих в точках А и А, при а, ( а,а, распространяется через дозвуковую часть пограничного слоя внутрь сопла и приводит к перераспределению параметров в выходном сечении. Максимальные волновые потери соответствуют режиму а, =а,а. По мере перемещения скачков внутрь сопла (а„' >а1а) волновые потери уменьшаются, а вихревые †увеличивают.
В соплах с небольшим углом раствора, когда скачок приближается к критическому сечению, отрыв потока имеет локальный характер. На небольшом расстоянии за скачком поток вновь подходит к стенкам сопла и вихревые потери уменьшаются. Поэтому коэффициент потерь начинает уменьшаться. На режимах а, ~ а, волновые и вихревые потери и сопле отсутствуют (режимы трубы Вентури); потери энергии возникают только из-за трения.
Как видно из рис. 6-27 и 6-31, с увеличением ), = — ' потери на режимах третьей группы 1 увеличиваются и область максимальных значений ч, несколько смещается в сторону ббльших а,. Следует подчеркнуть, что суммарные потери в сопле значительно выше волновых Рас. 6-33. К выводу формулы дла расчета реактаааов силы к. потерь при данном режиме а,'л-"а,а. Заметим, что характер кривых с, = чс (а,) остается одинаковым для плоских и осесимметричных сопел, однако абсолютные значения ч, несколько отличаются. На рис. 6-31 указаны также значения коэффициентов расхода р,. Сопла Лаваля весьма широко применяются в реактивных двигателях.
В этой связи остановимся кратко на характеристиках сопел, необходимых для расчета реактивной силы. Для определения реактивной силы, под действием которой осуществляется полет реактивного аппарата, воспользуемся уравнением импульсов. Для этого опишем около аппарата замкнутую цилиндрическую поверхность аЬсс(, все элементы которой удалены на достаточно большое расстояние (рис. 6-32). Возмущения, создаваемые аппаратом на выделенной замкнутой поверхности, будут бесконечно слабыми. Запишем уравнение количества движения в проекции на ось х (уравнение Эйлера): 314 р,с(Ь' — ~р,Н'+И= — ) (с,— с,) с(6 + — 1 гас(6 . 1 г о о о (6-46) Здесь р„ — давление набегающего потока в сечении а — Ь; р„ с, — давление и скорость потока за аппаратом в сечении с — с(; Ь' — площадь сечений а — Ь и с — д; 6,~8 — секундная масса воздуха, втекающая в контур; 6„/д — секундная масса горючего, подаваемого в двигатель; )7 — реактивная сила.
Так как сечения а — Ь и с — и' расположены на большом удалении от аппарата, то р„ = р,. В этом случае силы давления в указанных сечениях уравновешиваются всюду, за исключением участка, равного площади выходного сечения сопла Ь',, Скорости отдельных струек, охватывающих аппарат, также мало различаются, Обозначив па†скорость истечения из сопла; и, — давление в выход ном сечении сопла Е„ из (6-46) получим: Оа ог и, Й= — — ) (са — с,) с(6,+ — ) с с(6„+~(р,— р,)с(г,, Г Г (6-47) Для неподвижного аппарата. не использующего атмосферный воздух, из формулы (6-47) находим: о д, )7 = — — ~ с,с(6+ ~ (р, — р,) И„(6-48) о где 6 — секундный расход рабочего тела. В средних величинах формулу (6-48) можно записать так; 14= — с, +(р, —,в,) Ь',. 0 Заменив здесь окончательно получим: Я=й( ) р А Р +(р — р )Р (6-49) 316 Заметим, что добавочный член в уравнении (6-49) вводится только для первой и второй групп режимов работы сопла, т.
е. прн сверхзвуковых скоростях истечения. При повышенных противодавлениях (р,>рз) реактинная сила уменьшается, так как разность р,— р, отрицательна. Наоборот, прн расширении струи за соплом разность (р,— р,) положительна н (т увеличивается, Ес11и скачки расположены внутри сопла, то истечение происходит с дозвуковыми сьоростямя (Р»=Р1) н второй член отпадает.
Изменение реактивной силы в этом случае обусловливается уменыпением скорости истечения, которая должна быть определена с учетом потерь в системе скачков и в расширяющеися части сопла. Реактивную силу удобно представить в безразмерном виде. С этой целью разделим (6-49) ~на величину р»Р». После несложных преобразований получим: » Для оценки эффективности сопла реактивного аппарата иногда вводится понятие коэффициента тяги (6-51) т и= я 1 где Й, 1»»1 — реактивные силы в действительном и теоретическом (без потери в сопле) процессах, Связь между )7 и )сг можно найти в таком виде: О 1Г =С, — =Рс»ус 01=не»Рс)Г1 где са — эквивалентная скорость: »» — (с„— с»)+ (Р» — Ра) Р» 0 (т' н 01 †действительн и теоретический расходы через сопло; сн — теоретическая скорость истечения из сопла, 376 Следовательно, (6-52) тн ( с»с» т.
е. коэффициент тяги является произведением коэффи- циентов расхода и скорости. 1,0 0,0 0,0 0,1 у -1г' »е -а-а-)' !г',га у,-гз' -»мо-у 00~ 0,0 0,а ' 0 00 0,0 0,0 0,0 1,0 рнС, 0-33. ИЗМЕНЕНИЯ КОЭффИцИЕНта ра — — (»ет В ЗаВИСИМОСтИ от режииа (а„), отношения 11 и угла раствора сопла 7 377 Характеристики »ри по опытам В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
