Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Однако для дальнейшего снижения эмиссии вредных веществ необходима разработка камер сгорания более сложной конструкции с увеличением числа зон горения, каждая из которых оптимизируется на определенный режим работы, или регулируемых камер сгорания. В качестве примера рассмотрим двухъярусную и двухзонную камеры сгорания (рис. 5.21). В двухъярусной камере сгорания (см. рис. 5.21, а) ярус (1) настроен, главным образом, на работу на малом газе и на пусковых режимах (зона малого газа).
Этот ярус характеризуется сравнительно низкими значениями средней скорости течения, следо° вательно, время пребывания смеси 1 здесь повышено. Это обеспечивает высокие значения ч), и низкий выход СО и СН на режимах малого газа. Ярус (2) работает на основных режимах (основная зона горения) и характеризуется повышенными значениями скоростей течения и коэффициента избытка воздуха.
Это приводит к уменьшению выхода окислов азота. Двухзонная камера сгорания (см. рис. 5.21, б) имеет зону малого газа 1 и расположенную вслед за ней основную зону горения 2„куда топливо подается лишь на основных режимах работы. Благодаря тому, что в зоне 2 скорости течения повышены и смесь обеднена, достигается снижение образования НОао Выходные устройства силовых установок с ВРД предназначены для преобразования тепловой и потенциальной энергии газов в кинетическую энергию вытекающей струи с учетом структуры потока на входе, компоновки двигателя на летательном аппарате и назначения последнего.
В выходном устройстве в результате падения давления скорость рабочего тела увеличивается.. В зависимости от скорости в выходном сечении выходные устройства делятся на до- и сверхзвуковые. В настоящее время выходное устройство — это сложный элемент силовой установки, существенно отличающийся от простых сопел первых реактивных силовых установок. Поскольку реактивная тяга Р воздушно-реактивной силовой установки по внутренним параметрам (при полном расширении газа в выходном устройстве Р, =-- р„) определяется как разность количества движения в выходном и входном сечениях, то Р всегда меньше тяги выходного устройства Р,.
При этом каждому проценту потерь тяги в выходном устройстве соответствуют несколько процентов потерь в тяге силовой установки. З.!. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ Величина расчетного отношения давлений на сопле определяется соотношением пс. расч = Рф7Рс, (6.!) где рф — давление торможения во входном сечении сопла; Р,— статическое давление в выходном сечении сопла. Для сужающегося сопла значение расчетной скорости в выходном сечении принимается равным скорости звука Хр„, —— 1; в соответствии с этим величина пс р„, — — 1,85 (для и = 1,33).
Для сверхзвуковых сопел значение расчетной скорости в выходном сечении больше скорости звука и для идеального сопла однозначно определяется отношением площади критического сечения к выходному Ч ()гс. расч) = Ркр1Рс = 1 (Хс. расч й) ° (6.2) Для таких выходных устройств значения пс рас„) 1,85 и может определяться по соотношению пс. расч - —" 1/и (Хс. расч) (6.2а) Значение п„при котором на срезе сужающегося сопла достигается скорость, равная скорости звука, называется расчетным (для сужающегося сопла это отношение равно критическому): (г+ ! 6.3 пс.
кр = асс. расч (сгж) = ( 2 ) ( ) !57 Величины, определяющие режим работы выходного устройства, и коэФфициенты, характеризующие его эффективность Работа выходного устройства в системе двигателя определяется значением располагаемого отношения давлений: пс. р = — Рф7Ра. (6.4) Р, = Гарса рас 188 Режим работы выходного устройства определяется соотношением располагаемого и расчетного отношений давлений пс р и лс, расч Если яс р — — лс, р„„то имеем расчетный режим работы выходного устройства, если же лс р ~ пс р,ч, то имеем нерасчетный режим работы выходного устройства.
Дозвуковое (сужающееся) сопло может работать на двух режимах: с полным расширением и недорасширением. На режиме с полным расширением давление газа на срезе равно давлению в окружающей среде р, =- р„, а скорость меньше скорости звука. Границей между первым и вторым режимами является расчетный режим работы, для которого Р, = р„, а скорость равна скорости звука.
На режиме с недорасширением (пс. р ) яс, расч) дав ление на срезе больше давления в окружающей среде р, ) Р„ а скорость истечения равна скорости звука. Наиболее характерным сверхзвуковым выходным устройством является сопло Лаваля. Для сверхзвукового выходного устройства такого типа возможны три режима работы: с перерасширением, расчетный режим и режим с недорасширением. Режим работы с перерасширением имеет место при нс р ( ( Яс р„, (Р, ( Р„). ДлЯ этого Режима возможны слУчаи, пРи которых скорость на срезе равна или меньше расчетной. В большинстве практических случаев интерес представляет работа сверхзвукового выходного устройства на режиме перерасширения со сверхзвуковой скоростью на срезе.
Режимы течения с дозвуковой или смешанной скоростью в выходном сечении встречаются в некоторых специальных случаях работы силовых установок (при яс. р = яс. сер ( яс. раси) ° Йа рис. 6.1 приведены значения пс „р для й = 1,4 в зависимости от и,, р„„полученные расчетом. Зависимостью, приведенной на рис. 6.1, можно пользоваться для приближенного определения значения яс р, выше которого выходное устройство типа сопла Лаваля может работать с расчетной сверхзвуковой скоростью в выходном сечении. Границей между режимом с перерасширением и недорасширением является расчетный режим, для которого яс р — — — я, р„ч, Рс =- Ре.
На Режиме с недоРасшиРением ас р ) нш р„„и Р, ) р„; значение же скорости равно расчетному. Величина тяги любого выходного устройства на расчетном режиме определяется выражением (6.5) где еа„— действительный массовый расход рабочего тела через сопло; с . расч = )ьс. расчаар — скорость на срезе сопла. Величина тяги сопла на нерасчетных режимах (для всех пс р) деляется выражением насер 4В опре- ю в (6.6) ' с — бсгс. расч '1 Рс (Рс Ра) где Р, — площадь выходного сечения сопла. При расчете проходных сечений ю гв арн выходного устроиства необходимо рис. 8.1.
Зависимость д пс. отр знать коэффициент расхода рабо- ог расчетного отношения 'давчего тела чеРез сечение, котоРый дениз прас» = 1 4 представляет собой отношение действительного расхода рабочего тела б„, протекающего через выходное устройство, к идеальному расходу 6ад.. (а = ~сФяд (6.7) Значение идеального расхода О„д через выходное устройство вычисляется по соотношению Для проточной части дозвукового сопла, форма которого образована цилиндрической поверхностью, переходящей в коническую (рис.
6.2), значение р зависит от соотношения площадей цилиндра и минимального сечения и от длины (или угла наклона) конической части. Зависимость р от ис р характеризуется тем, что постоянное значение его достигается не при критическом отношении давления пс „р, а при несколько большем значении яш р =- яш „,о.
Зта особенность характерна для всех сужающихся насадков, причем она проявляется более четко для формы проточной части с резкими переходами в районе минимального сечения, особенно при наличии острых кромок. Возрастание р при л, р ) 1,65 в таких случаях объясняется перестройкой поля скоростей в выходном сечении, требующей избыточного давления. Значение р зависит от числа Рейнольдса.
Изменение нс р в результате изменения ра не приводит к изменению числа Рейнольдса по параметрам рабочего тела, В случае же изменения и,. р за счет параметров на входе в выходное устройство изменяется й число Рейнольдса: с ростом рф наблюдается некоторый рост р,. Тяговую эффективность выходных устройств можно оценивать коэффициентом скорости ср„коэффициентом тяги Р, и относительным импульсом Х,.
Рис. 6зц Геометрия дозвукового конического сопла и ее влияние на козффипиент рн — с,си — — — с,з при и =- тир/тф с.Ю/ 7с 7// Усе Коэффициент скорости выходного устройства есть отношение действительной скорости на срезе к некоторой характерной скорости: трс = с, д/с„р, (6.9) 47с З)77 (а 77 (р (а (г 4л 47 44 4сзгар ' 6 в. м. Акииса 161 Значение действительной скорости на срезе выходного устройства с, „может быть определено различными путями: рассчитано для случая течения идеальной жидкости с последующим внесением поправок, вычислено по пзмеренному полю скоростей, определено по измеренной тяге или по распределению давления по стенкам. Значения скорости в выходном сечении, полученные различными способами, отличаются друг от друга; наиболее достоверные значения скорости дают испытания с измерением тяги.
За характерную скорость чаще всего принимают расчетную скорость на срезе выходного устройства с, р„, либо идеальную с, „„. В соответствии с выбранной характерной скоростью различают два коэффициента скорости и трс =' Сс.д/Сс. расч = )сс. д/)и. расч (6.10) срс —— Сс.д/Сс. ид == )с д/)с, ид Поскольку наиболее достоверные данные получаются по .измерениям тяги, то можно оценивать эффективность выходных устройств, относя измеренную тягу Р, д к идеальной Р, „. Отношение действительной тяги к идеальной носит название коэффициента тяги по внутренним параметрам Рс = Рс, д/1 с.
ид. (6.! !) Значение идеальной тяги может быть вычислено, если известно пс р и массовый расход рабочего тела б„по соотношению Рс.ид =. бесс. ид* (6.12) где с, „„ — значение идеальной скорости, определяемой по величине и, р н параметрам на входе в выходное устройство. Сумма йервых двух членов в (6.6) представляет собой полный импульс, однозначно определяемый газодинамическими функциями и параметрами во входном сечении следующим образом: ./,. „= б„с,, д+ Р,Р, = / ()с. „) Р,р,' =- Р.Р,/т ()м, д), (6.13) агсзд згсласт агсл хсаатр ргсраск рте/т а/ а7' Рис. 6.3, Изменение различных коэффициентов, характеризующих тяговую зффектинность дозвуковых (а) и сверхзвуковых (б) сопел где / (Хс „) и т (), ) — соответствующие газодинамические фун кции.
Поскольку последний член в (6.6), равный Р,рн, не зависит от режима работы выходного устройства, то его можно исключить из рассмотрения и оценивать эффективность работы выходного устройства посредством относительного импульса, равного отношению полного импульса выходного устройства /с, д к характерному импульсу /х р, /с = /с.д//хар.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
