Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 17
Текст из файла (страница 17)
За третьим скачком поток движется параллельно поверхности третьей ступени, скорость продолжает быть больше скорости звука: Мз)1, плотность еще более возрастает. Таким образом, во входную щель двигателя с площадью 5 проникает сильно сжатый поток, первоначальное сечение которого равно полному сече нию входа 5„=5ь Во входной щели или за ней возникает прямой скачок и скорость течения становится дозвуковой: М~(1. Многоскачковый диффузор действует подобно сужающемуся каналу идеального ПВРД (см. фиг. 58). Расход воздуха через диффузор определяется уравнением неразрывности. На расчетном режиме, когда скачки фокусируются на входной кромке, (р =1: (4.
38) Индексом «щ» отмечены параметры потока перед самой щелью. В этом случае сечение невозмущенного потока, проникающего в диффузор, равно суммарной площади входа, включая сечение входной иглы: 5,= — А', где А~ — диаметр входа. 4 При расчетном гидравлическом сопротивлении двигателя замыкающий прямой скачок располагается во входном сечении (см. фиг. 65) „Скорость потока за прямым скачком становится дозвуковой. При дальнейшем течении по сужающемуся тракту диффузора скорость может сначала возрасти и достигнуть в критическом сечении горловины скорости звука: га„,=а, М,„,=1. В расширяющемся дозвуковом участке диффузора при работе на расчетном режиме происходит торможение потока Аз(1. Для того чтобы скорости течения по тракту двигателя и местные потери давления не были чрезмерно большими, диаметр входа д, должен быть меньше диаметра миделевого сечения: И,<"~1„.
Ыт ОПЫтОм, ПОКаЗЫваЮт, чтО наивыгОднЕйший угОл наклона обечайки, при котором дополнительное внешнее сопротивление оказывается наименьшим (при М=З,З), равен 4'. Шлирен-фотографии косых скачков, возникающих при входе в диффузор на расчетном режиме, показаны на фиг. 69. оого моо 4 йЖ 400 оооо дрог 400/ роог агг я Го О Го" г Гол г Гга Фиг. 68. Зависимость коэффициента тре- Фиг, 69. Фотография ния сг от числа Рейнольдса ке, скачков уплотнения на входе в диффуэор при расчетном режиме С увеличением скорости полета М, или Х, сжатие потока в косых скачках уплотнения возрастает, расчетное сечение входной щели Я,„ и горловины диффузора 5т„уменьшаются.
Потребные проходные сечения диффузора определяют путем газодинамического расчета. 4 7. РАсчет мнОГОскАчкОВОГО ДиФФУВОРА Расчет многоскачкового диффузора включает следующие этапы: 1. Расчет восстановления давления. 2, Построение геометрии диффузора. 3. Определение критического сечения диффузора. 4. Определение тормозящего импульса.
Р а с ч е т в о с с т а н о в л е н и я д а в л е н и я. Задаемся расчетной скоростью полета М„, числом ступеней и углами скоса потока мм м„ м„, Находим угол наклона первого скачка ц,=,у(М„, м,) по формуле (2.124) или по графику фиг. 43. Скорость М„ давление г" 1 —. плотность — и температуру — за первым скачком находим 11 т, Рн тн т„ по формулам (2.118); (2.119); (2.122); (2.123) или по графикам фиг. 39, 40, 41, 42 исходя из скорости М„и угла скоса потока мм Далее по формуле (2.124) или по графику фиг. 43 находим угол наклона второго скачка аа исходя из скорости за первым скачком М, и угла скоса потока иа второй ступени ме: на= 119 =)'(М„о!2).
СкоРость М„давление Рз, плотность — "' и темпеР1 Т1 ратуру — ' за вторым скачком находим по формулам или графи- Т, кам, указанным выше, Определяем угол наклона третьего скачка оз исходя из ско- рости потока за вторым скачком М, и угла скоса потока на третьей ступени мз, а затем исходя из этих же величин находим относительные параметры воздуха за третьим скачком — — — и М. Рз Тз Тз У 1 з Р, Т, 7, Давление, плотность и температура за последним косым скачком, отнесенные к параметрам невозмущенного потока, равны Рз Р1 Рз Рз . н Ри Ри Р! Рз Тз Т1 Т2 13 Тн ТН Т1 Т2 72 71 72 72 Тн Т» Т\ Тз Параметры потока за завершающим прямым скачком, отнесенные к параметрам потока за предыдущим скачком Р4, Рз Тз 4 находим по графику 86 или по формулам (2.101); (2.103); Тз (2.
106); (2. 108). Параметры торможения за прямым скачком, отнесенные к параметрам невозмущенного потока: Рон Рз Ро4. ТЗ4 Тз Тоз. То4 Тз Тоз Ри Ри Рз Тн Тн Тз 14 Производим проверку: — =1+ — М„; То4 и — 1 2. Роз Тоз Тон Тн 2 " Рн Тн Ти Коэффициент восстановления давления многоскачкового диффузора о = Р04 Р~н зз(! ) — Рн Р„~Т+: Мз ) Расчеты различных систем диффузоров, подтвержденные экспериментамн, показывают, что восстановление давления в многоскачковых диффузорах при правильном выборе углов скоса потока велико.
120 Так, при трех косых и одном прямом скачке, если М=З, то о ~0,6. С увеличением числа М коэффициент восстановления давления убывает. Скоростная характеристика диффузора, найденная опытным путем, представлена на фиг. 70. Построение геометрии диффузора. Послетогокак углы наклона скачков на отдельных ступенях иглы найдены, нетрудно построить геометрию диффузора, При этом надо стремиться к тому, чтобы при расчетной скорости невозмущенного потока М„=М „ поверхности всех скачков касались входной кромки диффузора. Проводим из точки А 1см. фиг. 65) поверхность первого скачка АО под углом ах к оси двигателя 00. Точка пересечения линии ОА с осью дает вершину иглы О. Проводим из точки 0 го поверхность первой ступе- — — — — -- трс/ т"=т зркр р Храсч ни клина ОВ под углом в 4 к оси двигателя, Проводим 40 из точки А поверхность второго скачка АВ под углом аа к поверхности 4б первой ступени ОВ. Точка В дает вершину второй ступени.
Поверхность вто- 4 р40 44 гдо гоп гго з,44 и, рой ступени ВС проводим П~)ду1ЛОМВК~ПОВЕт~ХНОФИ.70.3аВИСИМОЬКОЭффИцИЕНтаВОССтаНОВ. ления давления в диффузоре сх от числа йр сти первой ступени ОВ. при различных способах торможения и при Проводим из точки А по- различных системах скачков. верхность третьего скачка АС под углом а, ко второй ступени ВС. Точка С дает вершину третьей ступени. Поверхность третьей ступени СЭ проводим под углом вз к ступени ВС. Таким же образом можно построить и остальные ступени, если число их больше трех.
Направление замыкающего прямого скачка найдем, опустив из точки А перпендикуляр АВ на направление последней ступени СО. Течение за прямым скачком становится дозвуковым: Ма(1; канал диффузора в дозвуковой области должен расширяться.
Расширение канала осуществляется за счет расширения внешней обечайки и за счет сужения задней части отклоняющей иглы, Форму расширяющейся части сверхзвукового многоскачкового диффузора выбирают так же, как у диффузора дозвукового. После того как построена геометрия плоского диффузора, следует перейти к осеснмметричному диффузору с клинообразной иглой. Направления косых скачков а„ ав а,...
остаются прежними. Угол заточки клина в„ заменяем большим углом заточки конуса в',.я (см. фиг, 66), пользуясь графиком 46: в'к,„)в'„,. Точка пересечения В' поверхности конуса ОВ' с поверхностью второго скачка даст вершину второй ступени конуса. Угол второй ступени конуса оставляем неизменным, так как кривизна поверхности мала и вторая коническая ступень производит почти такое же возмущение потока, что и плоская: в",.я=в" .
121 Проводим поверхность второй ступени конуса под углом м, к поверхности первой ступени конуса ОВ' (см. фиг. 66). Точка пересечения поверхности второй ступени с поверхностью третьего скачка С' даст вершину третьей ступени. Проводим поверхность третьей ступени под углом м, к поверхности второй ступени. Таким образом, пере ходя от клинообразной иглы к конической, производят замену только первого угла в'„.
на угол конуса в'„.„а углы заточки второй, третьей и других ступеней конуса оставляют равными углам клина. Это тем закономернее, чем меньше кривизна ступени, т. е. чем дальше она лежит от .вершины конуса (см. фиг. 65): Лобовые сечения ступеней иглы соответственно равны с ~,(ь 1 ВЗ= — Иг — ап)~ 5,= — (Р, — Ы~~). Определение критического сеч ения диффуз о р а. Проходное сечение щели 5 можно найти из уравнения неразрывности, зная скорость и плотность за прямым скачком в, и Т4 или за предыдущим косым скачком гв, и Тм Абсолютная скорость за последним косым скачком уь=М, УК~КТ,.
Проходное сечение щели, измеряемое по нормали к потоку за последним косым скачком (см. фнг. 65), находим по уравнению неразрывности 8щ и~нтн мн тн ч Гг» 88х мзтз Ь1з тз ~ 2'з Равенство величин 3„, найденных из приведенного выше расчета и путем геометрического построения, является хорошей проверкой точности вычислений. Прямой скачок будет располагаться на входе диффузора лишь и том случае, если выходное сечение трубопровода Я„равно расчетной величине (4. 34), О работе многоскачкового диффузора в не- расчетных условиях говорится в следующем параграфе. Проделанные выше расчеты несколько идеализированы.
В действительности поля скоростей за скачками не вполне однородны. Благодаря трению у поверхности иглы развивается пограничный слой н скорость течения падает; чтобы пропустить весь набегающий поток, входную щель делают больше расчетной. На фиг. 65 расчетная щель показана пунктиром, а действительная — сплошной линией. Скорость воздуха за входной щелью диффузора возрастает и становится равной критической скорости 2 кМТоя а+1 122 Плотность приближается к критической плотности где р~„— давление торможения при данной системе скачков. Критическое сечение горловины диффузора находят из соотношения 2 ~нтн8вх ~вх (а+1/ ~'крткр "н з (1н) ~д Определение тормозящего импульса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
