Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Тяговая характеристика подобной выходной системы имеет вид, изображенный штрих-пунктирной линией на рис. 6.10. Работа дозвуковых выходных устройств в условиях полета В условиях полета происходит взаимодействие струи газов, истекающих из выходного устройства, с внешним потоком, обтекающим кормовую часть. Характер этого взаимодействия определяется особенностью обтекания кормовой части, геометрией соплового насадка и режимом работы выходного устройства (значениями Ро.р ! н у(о.р). 168 Рнс. 6.12. Схема обтекания кормовой части силовой установки с дозвуковым выходным устройством прн Мп ~ 1: а — поток ~еРез сопле отсУтстзУет Р <Ри кс =' Рф/Рн < 1, и,.
= Рэ/Р = 1; б— Ыапмв ЗнаЧЕННИ и р. и > 1, а К МОжЕтбЫтЬ И <1, Р <Р; З вЂ” К > 1,66, П Ыежвт бмтЬ Н <1,аб; Р >Р; З вЂ” и р >И >1,86; Р >Ри с.р я ' с.р При отсутствии струи (рис. 6.12, а) распределение давлений по внешней поверхности кормовой части и ее внешнее сопротивление определяются условиями внешнего обтекания и геометрией кормы; тяга, рассчитанная по внутренним параметрам, при этом равна пулю (отсутствует поток массы через сопловой насадок). Повышение пс р при дозвуковом внешнем потоке приводит к монотонному увеличению доаного давления: донное сопротивление уменьшается, а тяга, рассчитанная по внутренним параметрам (см. рис. 6.!2, б), растет.
В связи с тем, что газ из сужающегося насадка истекает в среду с давлением рю меньшим, чем в окружающей среде, значение у(, р = ))~lр„при котором в минимальном сечении возникает критическая скорость, будет меньше определяемого соотношением (6.3), а статический член в выражении тяги по внутренним параметрам (соотношение (6.6) ) — отрицательным. Дальнейшее повышение пс р вызывает увеличение размера струи за срезом сужающегося йасадка (см.
рис. 6.12, б, г), что приводит к росту .давления в донной области до значений, равных и даже больших, чем в невозмущенном потоке, В этих условиях возрастает величина тяги по внутренним параметрам и несколько уменьшается сопротивление кормовой части за счет небольшого изменения распределения давления по внешней поверхности кормы. При сверхзвуковой скорости внешнего потока (Мп ) 1) характер взаимодействия реактивной струи с потоком более сложный. Результаты экспериментального исследования модели с сужающимся соплом и цилиндрической кормой во внешнем потоке с числом М, = 2,0 приводятся в первом издании учебника.
169 Рис. 6.!З. Схема обтекания дозвукового выходного устройства с профилированной кормовой частью внешним сверхзвуковым потоком прн значениях рд ) 1 Если внешняя поверхность кормовой части выполнена в виде обратного конуса или профилированного сужающегося тела, то при работе выходного устройства на режимах с рд ( 1 сопротивление давления внешней части не изменяется. При работе же на режимах с рд ) 1, в силу образования течения торможения на внешней поверхности кормовой части выходного устройства, давление в зоне торможения и за скачком уплотнения станет больше давления перед зоной торможения (рис.
6.!3). Подобное изменение в распределении давления приводит к уменьшению сопротивления давления внешней поверхности кормы. На некоторых режимах работы значение коэффициента внешнего сопротивления кормы с„ может стать даже отрицательной величиной. Сравнение экспериментальных значений коэффициентов тяги двух схем выходных устройств (с заглубленным и выступающим за срез кормы срезом внутреннего сужающегося насадка — см. рис.
6.9) позволяет сделать вывод о том, что при малых сверхзвуковых скоростях полета (М„( 1,7) рекомендуется применять схему с сужающимся соплом, расположенным у среза кормовой части; при больших скоростях полета предпочтительнее схема с заглубленным сужающимся соплом. В случаях, когда необходимо иметь малые потери эффективной тяги при скоростях полета, соответствующих числам М, м 1,5, целесообразно иметь сужающийся насадок, расположенный за срезом кормы (см. рис. 6.9, а). Область чисел Мп, при которой еще целесообразно использовать схему с заглублением, ограничивается значениями Мп от 0 до ж1,7. Верхнее значение числа Мп зависит в основном от отношения площади среза кормовой части к площади критического сечения Р,р — — Р, !Р„р.
С ростом этого отис!пения возрастают потери как при больших числах Мп, так и в диапазоне чисел М от 1,1 до 1,5, т. е. на режимах разгона сверхзвуковых летательных аппаратов. Характеристики дозвуковых выходных устройств В настоящее время наиболее широко используются характеристики выхлопных систем, определенные по результатам испытания моделей во внешнем потоке. Результаты испытания представляются в виде зависимости коэффициента эффективной тяги конкретного выходного устройства фиксированной геометрии от 170 Рис, 6.14. Зависимость коэффиь пл циента эффективной тяги выходного устройства с вынесенным сужающимся соплом при различных Мп Ркр.
л ° а» м кр пип Р кр шах Ч ао й 1,9 .1Ь мс 2,68 О ° ч» ь Кампоиоака характеризуется следую- Р с хе шими аеличиками: Р /Р а,! — — О,ата; ° А. р р =оввз; «р шюре ш!д е~ Рк пм„(Р „! — — О,ааа, 1= НО кр шах ш ' ' ш А = олгз; 7, = с„,увы!а — о,зз !глх а отношения давлений, срабатываемых на нем, при фиксированном значении чи- ч74 ела М„: Ре.аф — 1 (Зтс.
р Мп) На рис. 6.14 приведены дроссельныс характеристики выходного устройства с вынесенным за срез кормы сужающимся соплом при двух значениях чисел Мп и двух величинах площади критического сечения. Приведенные данные свидетельствуют о сильном влиянии относительной площади критического сечения сужающегося сопла на Р,,ф. Для приближепнои оценки эффективности дозвукового выходного устройства применительно к фюзеляжной компоновке силовой установки на летательном аппарате (значение энерговооруженности на бесфорсажном режиме Ркр ш 0,3) можно рекомендовать характеристику, приведенную на рис.
6.15. Здесь приведена зависимость потерь эффективной тяги (1 — Р,,ф) выходного устройства с сужающимся насадком, вынесенным за срез кормы, от числа М,. В условиях старта потери тяги составляют 2,5 % (на рис. 6.15 приведены потери тяги сопла с регулируемым критическим сечением). Для нерегулируемого сужающегося насадка потери тяги будут несколько меньше 2 % из-за отсутствия утечек газа. На скоростях полета, соответствующих числам М„ж 1, потери достигают 5 ...
7 оуо; при М, = 2,0 потери составляют уже 12 ... 16 %. В условиях старта и при полете со скоростью звука потери эффективной тяги силовой уста- айР 1-Р иовки практически равны потерям эф- схР схйа фективной тяги сопла. При М, ж 2 поПх терн эффективной тяги силовой установки уже превосходят потери эффективной тяги сопла в 1,9 ... 2,3 раза из-за влия- оу ния количества движения на входе л 7 Р рта„р Рис. 6.16. Изменение потерь эффективной тяги ныходного устройства с сужающимся соплом в зависи- 7Р гР~ т , мости от Мп 171 в двигатель. Таким образом, потери эффективной тяги летательного аппарата с выходным устройством с сужающимся соплом составят 22 ... 35 % от тяги силовой установки, которую она развивала бы в условиях старта при параметрах перед соплом, соответствующих условиям полета с числом М = 2,0 Возможные пути улучшения тяговых характеристик дозвуковых выходных устройств Чтобы уменьшить потери тяги в выходном устройстве с сужающимся насадкам, необходимо уменьшать перерасширение газа во внутренней полости за срезом насадка и повышать донное давление.
Из анализа работы дозвуковых выходных устройств двух схем (с вынесенным н утопленным сужающимся соплом) следует, что характеристика устройства с утопленным соплом (см. рис. 6.10) имеет три участка. На первом — характеристики системы и изолированного сопла совпадают, на втором — устройство обладает худшей, и на третьем — лучшей эффективностью. Как ухудшение эффективности устройства на втором участке, так и улучшение на третьем обусловлены заглублением сужающегося насадка относительно среза кормы. Таким образом, можно предложить схему выходного устройства с сужающимся насадкам и переменным заглублением его среза относительно среза кормовой части (рис.
6.16, а). Такое регулирование позволяет получить лучшую тяговую характеристику в более широком диапазоне изменения чисел Мв внешнего потока. При анализе работы устройства с заглубленным сужающимся насадкам отмечалось, что потери тяги на втором участке тяговой характеристики зависят от относительной площади среза Р,р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
