Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 15
Текст из файла (страница 15)
18) Убыль полного давления при течении по каналу диффузора равна з И~р ар=р р ="у =~ 2е (4. 19) 104 где 7 — плотность воздуха, которую считают постоянной; в, и в,— скорости потока до удара и после него. Потери давления в диффузоре меньше, чем потери давления прв внезапном расширении. Отношение потерь давления в диффузоре Лр„к потерям давления при внезапном расширении Лр„, называется коэффициентом смягчения удара 4: Ф= — '. Ьь (4. 17) арт, ' РО2 Использовав уравнение состояния — 02=ЯТ02 и приняв во вни- тоо м2 а мание, что = Л„получим 2КРТт 0+ 1 1 0 = л'о л '~а+1 (4. 20) При малой скорости Ло зависимостью плотности от скорости можно пренебречь. Тогда из уравнения (4.
19), приняв, что то= то1, найдем 2 ро2 о1 р 1 г, 12 2 ( ~ л2 (4 21) РО1 РО1 2кр01 0+1 Последнее уравнение применяется для определения восстанснления давления в канале диффузора при Хо<"0,3. Допустив, что потери давления в диффузоре определяются смягченным ударом, выразим коэффициент сопротивления через 2 12м2 коэффициент смягчения удара ф: ар=(1ар,=1 —, 2е ,Р (~2 1) 5 3. ДОЗВУКОВЫЕ ДИФФУЗОРЫ (4. 22) Дозвуковой диффузор представляет собой расширяющуюся трубу с плавными очертаниями передней кромки.
Для предотвращения срыва струй сечению входной обечайки диффузора придают специальную .аэродинамическую форму (фиг. 62). Относительное сечение входа до- 5~ звуковых диффузоров всегда меньше единицы: — ' =~(1. З2 Расход воздуха через проточную систему двигателя, к которой присоединен диффузор, зависит от полного гидравлического сопротивления тракта, а также от температуры и давления торможения отходящих газов.
Гидравлическое сопротивление воздуховода в основном определяется площадью сечения выходного сопла (см. фиг. 59). скорость н11 во входном сечении дозвукового диффузора 51 не ра1вна скорости набегающего потока: 201 ш„, 106 Коэффициент восстановления давления в канале дозвукового диффузора 0", 002 1 1 а — —— 2 р 2 РО1 т2202 102202 ' + С ар ' + ' 2кр '("' КРО2 02 При большом гидравлическом сопротивлении или при большом у от подогреве З= — о" коэффициент расхода р мал и скорость во вход- уо. ном сечении Зт меньше скорости набегающего потока: тот(то„.
Торможение воздуха начинается перед входным сечением Ят, статическое давление потока в соответствии с уравнением Бернулли повышается и становится больше давления атмосферы: рт)р„. Торможение потока перед диффузором не сопровождается потерями. Поэтому при работе с внешним поджатием коэффициент восстановления давления о, возрастает. Однако коэффициент дополнительного сопротив- Рг пгг гг Фиг. 62. Аэродинамические силы, действующие на ооечайку диффуэора.
леиия диффузора с с ростом внешнего поджатия тоже увеличивается. При уменьшении сопротивления тракта расход через диффузор возрастает, скорость газов шг во входном сечении Ят увеличивается и может стать больше скорости набегающего потока шю ио не может стать больше скорости звука: тот<"ст, Статическое давление на входе рт с ростом скорости тот уменьшается и может стать меньше атмосферного давления р„, но не более чем ~в 1,89 раза: Линии тока на входе в дозвуковой диффузор при различных скоростях на входе показаны на фиг.
60. При работе с разрежением на входе струи воздуха, поступающего в диффузор, движутся по направлению к оси под тем ббльшим углом, чем больше разрежение на входе (фиг. 60,в): При этом обычно происходит отрыв потока от внутренних стенок диффузора, внхреобразование и усиленная диссипация кинетической энергии воздуха: восстановление давления в диффузоре убывает, Разрежение на входе в днффузор нежелатель- Приведенную скорость можно найти по отношению полного давления к статическому: Л -1— / (4.
25) — — Ро С увеличением коэффициента расхода ф= ад приведенные мнтн~! скорости Л, и Лз увеличиваются, днссипация кинетической энергии возрастает, коэффициент восстановления давления о«уменьшается (см. 4. 20 и 4. 21). Зависимость коэффициента восстановления давления от коэффициента расхода называется дроссельной характеристикой диффузора о,=) ( р) .
Прн выборе диффузора для воздушно-реактивного двигателя задаются максимально возможным рабочим расходом воздуха О и находят площадь сечения входа 51, приняв, что при максимально возможном рабочем расходе ф=1. Из уравнения (4. 11) найдем 81= — ".
(4. 26) мнтн Сечение 52 находим по уравнению расхода (2. 74), задавшись приведенной скоростью Лз. (Приведенная скорость на выходе из диффузора Лз задается рабочим процессом двигателя.) , Го+1 ~Т а „ 3 он 2е Л " о«РО«?зо (?'2) (4. 27) Пример. Найдем проходные сечения диффузора 81 и 82, если максимальный расход воздуха через диффузор бед«=100 кг/сея, приведенная скорссть 108 но.
Проходные сечения диффузора следует подбирать так, чтобы коэффициент расхода ф повышался до единицы только'при наименьшем из возможных гидравлических сопротивлений или при наименьшем относительном подогреве 9 Дозвуковые днффузоры обычно работают с внешним поджатием (фиг. 60,а). Скорость воздуха шз в выходном (широком) сечении диффузора 52, так же как н скорость во входном сечении и11, зависит от площади сечения 81 и Яз от Л„Т«ч р„и от расхода 1воздуха 6,. На основании уравнения (2.
4) можем написать ти ="' )д-=аЛ; шз=" -«=аЛ,. (4. 23) 11~1 1282 Критическая скорость потока а и температура торможения То по всему тракту диффузора постоянны: Т,„= "; а= а )хТо (4 24) я о" Ф 1 ' о+1 я полета Ля=99, приведенная скорость на выходе нз диффузора прн максималь- ном расходе Ля=0,2, Тн=216,5' К и рн ††кг/мх. Температура торможения набегающего потока Тн 216,5 216,5 Тон= = ' = †' =250' К, х(Лн) 0 9х 0,865 6 Скорость потока Яа=Лна=Лн $ег Тон=О 9'18,3 тг 250 =260 м)еек.
Г2УИ1 А+1 Входное сечение диффузора Омах Омах 100 ° 29,3 ° 216,5 тенТн тенРн 260.2310 Давление торможения набегающего потока рон рн 2310 ро,—— = з г =3860 кг/мх. 0,865 ' (Лн)" — ' Выходное сечение диффузора: ~Ф+ 1 Омах 3,= 1Кà — атее 2ка нхронЛяа (Лх) унген Лн е(Лн) 1,06 0,9 = Юа — — Яд — — = 0,692=3,3 мх. ' Л, е(Л) 02 (тоа Тг* 'нн 11 н (Ла) 1).
й 4. РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ ДОЗВУКОВЫХ ДИффУЗОРОВ Входное сечение дозвукового диффузора, как уже говорилось в предыдущем параграфе, выбирают так, чтобы во всем рабочем диапазоне двигателя диффузор работал с внешним поджатием потока. В тех случаях когда торможение потока начинается перед входом в диффузор (т <. 1), струи захватываемого воздуха подходят к кромке под большими углами, вследствие чего может произойти срыв (см.
фиг. 60). Для уменьшения вихреобразования профилю продольного сечения стенки диффузора придают плавную форму (см. фиг. 62). Скорость воздуха, обтекающего входную кромку, и давление на внешнюю стенку изменяются. При правильном выборе формы кромки на ней возникает разрежение (фиг. 62), за счет которого может возникать тяга, как впервые показал Е. С. Щетинков, даже при полном За раскрытии входа, т, е. при )х= — ' =1. Зя Тяга реактивного двигателя действует на внутреннюю и внешнюю поверхности диффузора.
Внутреннему каналу диффузора можно придавать различные очертания. Наиболее распространены конические и изоградиентные диффузоры. К о н и ч е с к и й д и ф ф у з о р. Геометрия конического диффузора определяется двумя параметрами: углом раскрытия ад и относительным сечением входа у,= — ' (фиг. 63,а). Длина дифЯг 62 фузора, выраженная числом калибров —, как видно из фиг.
63,а, Рг Рг Ре а) Фиг. 63. Различные формы дозвуковых диффузоров. а — конический диффузор, б — нзогрздиентнмй диффузор. тем больше, чем меньше угол раскрытия ад и относительный вход у'г: ЕУ2 а! 1 )' Уг (4. 28) г'2 ад ад 2222 ги — 2 ги— 2 2 П рн уменьшении угла раскрытия од длина диффузора увеличивается, а вместе с тем возрастают его внутренняя поверхность и потери на трение. Коэффициент восстановления давления а, уменьшается; кроме того, возрастает конструктивный вес диффузора, зато при малых углах раскрытия не происходит отрыва потока от стенок.
П ри увеличении угла раскрытия диффузора од потери на трение уменьшаются и конструктивный вес диффузора убывает, зато при достаточно большом угле раскрытия происходит отрыв потока и восстановление давления быстро падает. Наивыгоднейший угол раскрытия будет порядка 10 — 15'. Выбор относительного входа г производится на основе анализа работы всего двигателя в целом.
Скорость потока, движущегося по расширяющемуся диффузору, убывает. Статическое давление растет по мере убыли скорости. Если в первом приближении принять плотность воздуха постоянной и пренебречь потерями, то из уравнения ПО Бернулли нетрудно найти зависимость между повышением статиче- ского давления и длиной диффузора: (4. 29) Индексы «Ь относятся к местным значениям скорости, давления и диаметра.
Как видно из уравнения (4. 29), восстановление давления происходит в основном на первых участках длины диффузора. Изо градиентные диффузоры. Торможение потока и нзоградиентном диффузоре происходит так, что рост давления равно- мерен по всей длине (фиг. 63, б): др р =дгадр=сопз1. Ж (4. 30) т !'=сопз1. к Приняв, что плотность потока постоянна, найдем зависимость между длиной диффузора и его диаметром, при которой замедление потока постоянно: 2=сопз1. Путь, пройденный при равномерно замедленном движении, как известно из кинематики, можно выразить через начальную и конечную скорости и! и и!! 2 2 Ю! — 221.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
