Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 37
Текст из файла (страница 37)
чем больше значение Р,р, тем меньше потери тяги. Следовательно, можно уменыпить потери тяги выходного устройства такого типа за счет уменыпения разрежения в пространстве между сужающимся соплом и кормовой частью, которое' может быть достигнуто . двумя путями: уменьшением относительной площади среза прн использовании регулируемых створок (см. рис. 6.16, б) или увеличением расхода вторичного воздуха, подаваемого в пространство овг Рис. 6.16. Возиохсные схемы регулируемых дозвуковых выходных систем.
обладающих улучшенными характеристикаин в широком диапазоне изменении значений пс. р: ао„л = (ОЮЗ вЂ” О Еа1 Ооси Овт л' Оохл 172 между соплом и кормовой частью (см. рис. 6.16, в). При этом необходимо иметь в виду, что, уменьшая значение Р,р посредством регулирования площади среза кормовой части, мы увеличиваем сопротивление давления кормовой части. Хорошие результаты можно получить, комбинируя различные рассмотренные способы улучшения тяговых характеристик дозвуковых выходных устройств. 6.3. ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЕЙ ПОЛЕТА Уменьшить потери тяги выходного устройства с сужающимся насадкам можно, используя сверхзвуковые устройства.
Существуют сверхзвуковые устройства с соплом Лаваля, с разрывом сверхзвукового контура, эжекторные, с соплом, с центральным телом и др. Наиболее характерным типом сверхзвуковых сопел является сопло Лаваля. Работа сопла Лаваля на различных режимах Сопла Лаваля представляет собой сужающе-расширяющийся.канал, на входе в который скорость потока дозвуковая, а значения давления рф и температуры торможения Те соответствуют значениям на выходе из форсажной камеры ВРД. Режим работы сопла Лаваля определяется значениями располагаемого пс р и расчетного по,р„, отношений давлений. Распределение давлений вдоль оси сопла Лаваля при работе на различных режимах приведено на рис.
6.17. В зависимости от соотношения между и, р и и, р„, возможны следующие режимы работы сопла Лаваля: с дозвуковыми скоростями по всему тракту сопла; течения со скачками внутри сопла; со скачками за пределами сопла. Последний режим включает в себя работу сопла Лаваля с давлением на срезе, меньшим давления в окружающей среде (режим с перерасширением); с давлением на срезе, равным давлению в окружающей среде (расчетный режим) и с давлением на срезе, большим давления в окружающей среде (режим с недо- расширением). Для авиационных силовых установок характерными рабочими режимами в полете являются режимы со скачками за пределами сопла (режнмы т'т'т, !У н У на рис. 6.17). Контур проточной части сопла Лаваля для авиационных силовых установок с форсажной камерой образован сужающимся регулируемым насадком н конической или профнлированной сверхзвуковой частью, Стыковка между дозвуковой и сверхзвуковой частями осуществляется элементами с небольшими радиусами кривизны.
На расчетном режиме значение и,, р — и, р„,, при этой дав , ление на срезе (сечение с) равно давлению в окружающей среде, 173 Р =Р,УР рт )7 ~7 Ф Ат Рис. 6.17. Изменение давления вдоль сопла Лаваля при работе на различных режимах: л — кон~ур сопля Лзвзля; б — рзспределеиие давления: У вЂ” течение с дазвуковыми скараствми по в.зиу трзкту сопле; 1| — течение са скачками внутри сопле; 1|1 — течение с перерзсширением н сверхзвукавоа скоростьо нз срезе; гу — расчетное течение; с. 1' — течение с иедорзсширеиием; д — р = 11л; б — р = |З)М + !)); г — р = 11л; з — р == 11л с. отр' с.
р Изменение давления вдоль оси сопла Лаваля на этом режиме изображено на рис. 6.17 линией а — б — з. При отсутствии потерь значение скорости газа в выходном сечении с, рз„определяется ВЕЛИЧИНаМИ Пс,рясч И Тф И МОжЕт бЫГЬ ВЪ|ЧИСЛ НО ПО СООТНО шению 7)с.расчаир. С учетом потерь значение скорости в выхэднэм сечении га д будет меньше с,,р„,. Огличие в значениях с, д и с,, ра„может оцениваться коэффициентом скорости т))с (см. соотношение (6.10) и рис.
6.3, б). При работе на расчетном режиме значение тяги сопла Лаваля определяется только внутренними потерями; потери же на нерасчетность отсутствуют. Внутренние пэтери тяги .слагаются из потерь на трение и потерь на непараллельность потока в выходном сечении. Пэтери, связанные с трением, мэгут быть определены в результате расчета пограничного слоя на стенках сопла с учетом реальных свойств рабэчего тела. Потеря на непараллельность потока в выходнэм сечении зависят от угла наклона стенки сопла в выходном сечении и для конической сверхзвуковой части определяются по фэрмуле ЛРа=Ра — Ра=ю= 2 (з'П 2 ), (6.17) — — |+сов(а/2) 1 ! а Ьа где Рл — коэффициент тяги сопла Лаваля, сверхзвуковая часть которого имеет угол конуса х; Р ю — коэффициент тяги сопла Лаваля с параллельным выходэм.
В силу противоположной зависимости потерь на трение и на непараллельность в функции 174 Рис. 6.18. Тяговая характеристика сопел Лаваля, рассчитанных на а =2Р' л .расч — — 1О с с Различными значе- Рдб пнями а Щ =Л) =Ук) угла х каждому значению х!бб ыоб 4 об-7~Р1 будет соответствовать оптимальное значение угла раскрытия. При работе сопла Лаваля со значениями п,,р Ф и, р „со сверхзвуковой скоростью на срезе (п,.р ) пс.„р на рис. 6.17) значение коэффициента скорости сохраняется постоянным; значения же коэффициента тяги Р, изменяются, так как к внутренним потерям добавляются потери на нерасчетность. На рис.
6.18 приведены тяговые характеристики сопла Лаваля с различными Углами конУсности свеРхзвУковой части, Рассчитанного нам,,р„, = = 1О. При отклонении От расчетного значения лс потери тяги возрастают: причем более существенное паде!ше тяги происходит при яа р ( и, р„„т. е. на режиме перерасширения. При яс рзсч ж 2 сопло с а = 40' имеет меньшие потери, чем на расчетйом режиме (и, р — 10), вследствие отрыва потока от стенок сопла. Тяговые характеристики сопла Лаваля с конической сверхзвуковой частью при а = 20' для различных расчетных значений яс приведены на рис.
6,19. Применение сужающегося сопла целесообРазно До значениЯ и,, р ~ 4; в Диапазоне изменениЯ и от 4 до 6,5 нанменьшимй потерями тяги обладает сопло с. р с пс ра„— 4,5; сопло с п,.р„, — 10 целесообразно для использования при значениях л,,р от 6,5 до 14 ... 15; при больших Р, )1 7б 2 Х О Г б 7 Х У 1Р 11 12МР Рис. 6.19. СРавненне тЯговых хаРактеРистик сопел ЛавалЯ с а™ 20' и лс рзс т —— = 4,6; 1О и !8,6 с тяговой характеристикой дозвукового сопла: — — — характеристика сопла Лаваля при дискретном регулнровзиин выходного сече. ння; †.
†. †. — характеристика прн пленном ретулировзиии выходного сечения 17$ Ф) г) а) 176 Рис. 6.20. Изменение избыточного давления С 07 — ря) газа, действующего на стенку Лаваля при работе на режиме перерасширеиия (режим 11! на рис. 6.17); А — точка с нулевым избыточным давлением значениях и, р меньшими потерями будет обладать сопло с и, р„, — 18,5, Применяя регулируемое по выходному сечению сопло Лаваля (со ступенчатым регулированием), можно обеспечить тяговую характеристику, показанную на рис. 6.19 штриховой линией.
Если применить плавное регулирование, то можно обеспечить еще меньшие потери тяги (штрих-пунктирная кривая. на рис. 6.19). Основной причиной потерь тяги в сопле Лаваля является пере- расширение потока внутри сверхзвуковой части, в результате чего уменьшается коэффициент тяги. О обенно четко можно объяснить ухудшение эффективности работы сопла Лаваля на режиме перерасширения, рассмотрев эпюру избыточного давления по стенкам сопла (рис. 6.20). На режиме перерасширения (режимы, соответствующие отрезку в — г на рис. 6.17) на участке сопла ниже точки А (см. рис. 6.20) отмечается отрицательная разность давлений, и силу чего на этой части сопла реализуется сила, направленная против полета, т. е. сила сопротивления.
Работа сопла Лаваля во внешнем потоке Рассмотрение работы выходных устройств типа сопла Лаваля во внешнем потоке необходимо осуществлять с учетом компоновки кормовой части. Возможны различные схемы компоновок выходных устройств (рис. 6.21), которые отличаются формой наружных обводов и отношениями Рк = — Р,р)Р 1б, Рср —— Р,р)Р„р,' Р, = Рс/Р„р и РсртРс = Рср)Рс. Наиболее сложный характер течения наблюдается при компоновке, соответствующей рис. 6.21, а. Тяговая эффективность подобной компоновки определяется режимом работы сопла пс р, скоростью внешнего потока Мн, величиной давления на срезе сопла р, (или значением пс р„,), величиной отношения Р,р)Рс и условиями притекания внешйего потока к срезу кормы. Характер взаимодействия реактивной струи, Рис.
6.21. Схемы компоновии сопла Лаваяя в кормовой час~и: л — омнвалвиоа еориы1 б — с изломом в точке А; в инялндрическа» карма; г расшяряющаяся корма б 7 г р гр гг уг хг уб ук уб п уг Рис. 6.22. Тяговые характеристики выходного устройства с соплом Лаваля при пс раси 1О и различными и с профнлироиаиной внешней поверхностью кормы покидающей срез сверхзвукового сопла, с внешним потоком имеет много общего с взаимодействием струи, истекаюгцей из сужающегося сопла, с внешним потоком, который рассмотрен в предыдущем разделе.
На рис. 6.22 приведены дроссельные характеристики сопла Лаваля с пс р„, ж 19 при сс = 15, 20 и 40' с кормовой частью, изображенной на рис. 6.21, а. Большие потери эффективной тяги в рассматриваемой компоновке обусловлены внешним сопротивлением кормовой части (площадь которой составляет 41 % от площади миделя Р,рт'Р ы — -- 0,59) и донным сопротивлением торца между срезом сопла Лаваля и срезом кормы (Р,р — Р,))Р' м. Величина этой торцевой площади составляет 12 % от площади миделя. С уменьшением значения и, р потери эффективной тяги существенно возрастают, что объясняется ростом донного сопротивления, которое увеличивается при дросселировании сопла из-за уменьшения размера струи за срезом, а также ростом потерь внутренней тяги за счет перерасширения потока в расширяющейся части сопла.
На рис. 6.23 приведена зависимость потерь эффективной тяги сопел Лаваля, рассчитанных на значение пс р„,— ЛРс = г- еллбт га (г (б 442 ге Рис. 6.23. Потери эффективной тяги выходных устройств с соплами Лаваля в зависимости от Мп для различных компоновок; —,— И, =б; С4=-12, и 7С . — — 072; и 7С =149; — — — и = 1бгм †' 22, С !Ск = 1,91; С' = С „,; — и , = 19,б1м = ЗОЧ Се~С =2,94; и тл 1,1 ср с = 19,5 (се= 30') и я, р„,— — 10 (а= 22') с цилиндрической кормовой частью, а также сопла Лаваля с пс р.„=б (сх=!2'), установленного в кормовую часть с отношением Г,р/Е,п= =0,72, в зависимости от числа М,. Эта зависимость построена по результатам опытного определения потерь эффективной тяги модели сопел при определенной зависимости изменения п, р-—— =7(Мп), характерной для большинства двигателей. Выходное устройство с соплом Лаваля, рассчитанным на п, р.с,=б, имеет минимальные потери при М,=1,4; при пс р„ч — — 10 минимум потерь имеет место при М,=2,0, а для сопла пс р.„= =19,5 — при М,=2,8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
