Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 21
Текст из файла (страница 21)
ь> .у(~ ) Рн ~4ИР а) Хв РО Рв„Р,, а, ~„Д Зв Фиг. 81. Работа сопла при иерасчетиом перепаде дав- ления. а- — '>у — ' а — — ' <у ~ ); в — анаграмма расширения. н 4кр Рн 4кр Если отиосительнае давление...перед истечением меньше относительного йерепада давления в сопле '— "<.=' — =У( ) Рн Р4 то сопло работает с перерасширением н давление на выходе будет Яейьше йротиводавлейия: р4(р,. 143 7,00 О,ВО 070 О 7 г гриур, Фиг, 82.
Зависимость относительного изменения силы реакции газов от относительного изменения перепада давления меньше максимально возможной величины: Хс(Л „, Реакция отхо.дящих газов га будет меньше расчетной: г4< г»,ч. 1 г,=( — ') р,д (л+ — ')< 1 2 1 < (,, + 1) Рас~аар ( Л4расч + Л ) ' (5. 34) Относительное уменьшение силы реакции отходящих газов за счет недорасширения 1 4 Л+— 4 '4 (5. 35) ~4 асч Л +— 1 арасч Л 4расч 1 1,8+— г ' 1,8 Если, например, Ха „=2, а Л4=1,5, то = ' =0,87, 2 При больших перерасширениях может произойти отрыв сверхзвукового потока от стенок сопла (см. фиг. 81,б, в).
Сверхзвуковой поток, оторвавшийся от стенок, взаимодействуя с окружающими газами, внезапно теряет скорость: в сопле возникает система косых скачков уплотнения, в результате которых давление возрастает, а скорость падает: реакция газов при работе с перерасширением убывает (фиг. 82). Поэтому при проектировании сверхзвуковых сопел выбирают такую степень расширения, чт4лйьл.игл.всем диапазоне работы двигателя сопло работало либо в расчетных условиях, либо с йедораб1миреййем. Если давление на выходном срезе сопла больше ,'диЛй1енйя окружающей среды: р4)р„то скорость истечения будет 1 74 ная)раса ЦО При увеличении выходного сечения сопла 5, тормозящая сила атмосферного давления, действующая на оболочку двигателя р„(54 — 5,), возрастает за счет увеличения разности конечных сечений 54 — 5,, Поэтому реактивная тяга двигателя с ростом перерасширения убывает (см.
2. 76); (2. 77) и (2. 78) )7 Р4 Р~ рн (54 5и) ° (6. 36) При обеднении смеси давление торможения перед истечением из сопла сверхзвукового ПВРД уменьшается (см. гл. 1Х). При проектировании сопел степень расширения выбирают в соответствии с наименьшим рабочим давлением в камере. Существенное улучшение параметров многорежимного СПВРД, предназначенного для полета с переменными скоростями, а следовательно, и с переменными давлениями — могут дать регулируемые сопла. Рсз Рн й 8.
РЕГУЛИРУЕМЫЕ СОПЛА Простейший способ регулирования проходного сечения сходящихся сопел состоит в применении подвижного конуса или «иглы». (Регулируемые сопла с подвижной иглой применяются на турбореактивных двигателях, фиг. 83,а). При перемещении иглы по направлению к диффузору проходное сечение сопла увеличивается. Принципиально возможно так спрофилировать внешние стенки сопла й обводы иглы, чтобы между стенками и сужающейся иглой образовывался расширяющийся канал.
Однако попытка сконструировать сверхзвуковые сопла с регулирующей иглой, кохорые..бы..работали.без срыва струй или образования ударных волн и давали бы расчетное увеличение тягй,'не увенчалась успехом. Для облегчения способов регулировки иногда отказываются от осесимметричных сопел и переходят к соплам двумерным (фиг. 83,б и в).
Сопло с подвижными стенками (фиг. 83б) состоит из двух плоских стенок, между которыми перемещаются жесткие профилнрованные стенки. При сближении жестких стенок невозможно выдержать параллельность струй на выходе из сопла во всем диапазоне регулирования, вследствие чего прирост тяги оказывается меньше расчетного.
Сопла с гибкими стенками (фиг.83в) состоятиздвух плоских жестких стенок и двух гибких стенок из упругих стальных листов. Под давлением профилированных кулачков гибкие стенки искривляются, что влечет за собой изменение площади критического сечения, а следовательно, и степени расширения сопла. Сопла с гибкими стенками применяются в регулируемых сверхзвуковых аэродинамических трубах. Затруднения, возникающие при подборе материалов, способных сохранять упругие свойства при тех 10 3!6 температурах, которые имеют место в прямоточных ВРД, ограничивают применяемость сопел с гибкими стенками. а» ир 4-паг б'»кр-ПаГ Вид ле стрелее л а» кр В»=сапу1 Х»к;иаг Фиг.
83. Схемы регулируемых сопел. а — сопла с регулирующей иглой, б — сопла с подвижными щепками, в-сопла с гибкими степками. $7. ПРОФИЛИРОВКА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОПЕЛ Для выравнивания поля скоростей на выходе из сопла для сообщения параллельности вытекающим струям и для предотвращения отрыва от стенок внутренние обводы сопел проектируют в соответствии с теоретическими соображениями, подкрепленными многочисленными экспериментами.
Дозвуковой участок сопла строится по формуле Витошинского (5. 37) 146 где Н„ — начальное сечение; А в диаметр на расстоянии х от начального сечения; 41 — диаметр критического сечения; 1 — длина сопла. Профилирование сопла по формуле Витошинского обеспечивает максимально возможную равномерность поля скоростей на выходе из сужающегося дозвукового сопла и максимально возможную параллельность линий тока. Сверхзвуковой участок сопла строится по графо-аналитическому методу, разработанному советским ученым Ф.
И. Франклем. Сверхзвуковые сопла Франкля обладают хорошим полем скоростей на выходе и образуют параллельный сверхзвуковой поток. Однако эти сопла получайлтся длинными Поэтому их применяют главным образом для аэродинамических труб. Сопла для реактивных двигателей делают более короткими н придают их внутренним обводам плавные очертания. При удачной профилировке расширяющегося участка сопла сверхзвуковое поле скоростей на выходе оказывается однородным н линии тока — параллельными оси (см.
фиг. 79, б). В этом случае сл 1. Для проектирования сопла необходимо знать окружающее давление р„давление торможения перед соплом роз, температуру торможения и расход газов через сопло т,з и О. Критическое сечение сопла 544 определяется из формулы (5.
26). з+1 (5. 38) 2 / 4,Лоз где а.' — коэффициент давления дозвукового участка сопла, Для реальных сопел при хорошей обработке внутренних стенок потери в дозвуковом участке малы: 0,98( о,'С0,99. Температура отходящих газов Т4 4 — 1 тл=то4 (л — 1 (5. 89) ГО4 Приведенная скорость на выходе из сопла Л4 согласно формуле (5.21) равна (5. 40) Степень расширения сопла з выбираем в зависимости от расчетного перепада давления ~ в сопле в=1'( ) по формуле (5. 22) или по графику, изображенному на фиг. 77. Определив диаметры критического и выходного сечения 54„ н 54, строим обводы сверхзвукового участка.
Диаметр входа дозвукового участка сопла 4(з равен диаметру камеРы сгоРаниЯ: 4(4=4!4„ 104 147 Обводы дозвукового участка строим по формуле Витопгииского (б. 37). Пример расчета. Спроектировать сопла по следующим данным: Тш=2100'К; 04 — — 100 кг/еек; роз=3 кг/емг; р4=60 мм рт. ст. а =0,96; е =0,99 ас =0 95; ас = ас ас=О 91. Показатель Пуассона и газовая псстоянная: к=1,25; !??=30 кгм?кг. град. Коэффициент В в формуле расхода (253) по табл.
2.1: В=0,38. Отсюда критическое сечение сопла: аакр— 04 р~ Тоз ? 00 т~ 2100 0,38а,р?и 0,38,0 96,3,104 — 0,425 мг. Диаметр критического сечения Наср — — 738 мм. Относительное понижение давления в сопле рсе 3 735 ?с= — = =36,8. Р4 Относительное понижение температуры при истечении: л-? 1 1 — О, 416. (а,?с) " (0,91 36,8)'тз температура отходящих газов Т4=872' К. Приведенная скорссть при истечении согласно (5.40) (см.
также фиг. 77) л — ?— л = ~ 1 — ~ " ) = 1/ — '(1 — 0,416)=2,27. й — 1 ~ (роз??с ) ~' 0 25 Газодинамическая функция (см. также фиг. 207) ? ?7 (Л) Ла ( ! Х4 1 2 27 (1 ) О 067 л+! ~ ' ~ 9 ) Степень расширения сопла согласно (5. 20) ? 2 14 — -? 84 !л+ ! 0,625 в — 10,2. о4кр асч (!) 0,91 0,067 Диаметр выходного сечения с!вмх =?тср ?Г а = 738 .!' 10,2 = 2360 .нм.
Критическая скорость согласно (2.54) 2аагсТоз . / 19,6.1,25.30.2!00 лев 7г+ 1 з/ 2,25 = з/ ' ' = 820 м?сек. Реакция отходящих газов (см. 5.24) к+1 ! 11 2,25820100/ 1 Ра= а?04~14+ — ) = ' ~2,27+ — 1=7550 2,71=20500 кг. 2КА ~ 14 ) 2 9,8.1,25 ~ 2,27/ 148 ЛИТЕРАТУРА 1. Астров В., Леви~и Е., П валов Л., Хр исти а нов ич С., О расчете сопел Лаваля. «Прикладная математика и механика», 1943, т, П, вып. 1. 2. Волга рски й А. В. н Щ укин В.
К„рабочие процессы в жидкостно- реактивных двигателях, Оборонгио, !953, 3. В ул и с Л. А., Термодинамика газовых потоков, Энергоиздат, 1950. 4. 3 а у э р Р., Введение в газовую динамику, М.— Л., 1947, 5. И лю хин Н. В., Исследование теплопередачи и потерь на трение для установившегося течения при очень больших скоростях. Изв. АН СССР, 5, 1946, 703 — 71 8. 6. Кочин Н.
Е., Кибел ь И. А, и Розе Н. В., Теоретическая гидромехаяика, ГИТТЛ, М.— Л., 1948, ч. 1, П. 7. Кисеи ко М, С., Сравнительные испытания нескольких вариантов сопел. Труды НАГИ, вып, 478, 1940. 8. Ф р а н кл ь Ф. И., Христиано в ич С. А. и Алексеева Р. Н,, Основы газовой динамики. Труды НАГИ, № 364, 1938. 9. 8Ь ар 1 го, Нов 1Ьо гп е, ТЬе МесЬап!сз апб ТЬеппобупаппсз о1 Ейеаду Опе-П!шепа!опа1 Оаз Р!от« 3. Арр.
МесЬ. !4, !947. 10. 81о д о1а А., 81еаш апд Паз ТцгЬ!пез. Хеы Уогй апд 1опбоп, 1927. 11. П!е Ь 1, %. 8., ХАСА Тй, 218, 1940. 12. Маг!! е1 4 С. Х., ХАСА ТХ, 1200, !947. 13, 8 а шшег!1е16 М., Роз1ег С Р., Яг«а п 9Г. С., Р1ож Зерагайоп !п Очегехра«1ед Бпрегзоп1с ЕхЬапз1. Хозг!ез, Ьоз-Апис!ез, Х1, !948. 14. В е с 1« ш! 1Ь !. Е., апб М о о г е 1. А., Ап Асспга1е апб Кар!б Мерпоб !ог Гпе Пез18п о1 Япрегзоп!с Хохх1ез. ХАСА ТХ, № 3322, РеЬг. 1955. ГЛАВ А Ч1 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МОЛЕКУЛЯРНОМ ГОРЮЧЕМ, ПРИМЕНЯЕМОМ В ПВРД, И О ЕГО ГОРЕНИИ Прямоточные воздушно-реактивные двигатели могут работать как за счет ядерной, так и за счет молекулярной (химической) энергии топлива, выделяемой при сгорании в воздухе.
Для ПВРД применяются только некоторые виды топлива, обладающие определенным сочетанием физико-химических свойств. В настоящей главе выясняется, какими свойствами должны обладать топлива, пригодные для ПВРД, и приводятся основные сведения о горении топливо-воздушных смесей. 5 !. О ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ ГОРЮЧИХ ДЛЯ ПВРД Прямоточные воздушно-реактивные двигатели создают тягу, необходимую для продвижения летательных аппаратов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
