Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 95
Текст из файла (страница 95)
Эта зависимость может быть получена из совместного решения уравнения расхода, записанного для сечений невозмущенного потока и на выходе из входного устройства. В зависимости от способа задания потерь относительная площадь выходного сечения из воздухозаборника приближенно может быть определена из уравнений': при задании пвх: = — = — — =)'х(й., овх)м гв Ч( ) в Ги д(ьв) авх Х в' вх в' а при задании й, = (г,' — (и)/((в — (в) )+' — ' Мз (! — Ьз) (15.19) й †! !~ †)+ — мй(! — 6-)чс) Статическая температура воздуха на выходе из воздухозаборника, определяемая степенью торможения потока при заданном "й сй ЧИСЛЕ М„НЗ ураВНЕНИябВТЕ = баТв+ —" =С,Т, + — ', ИМЕЕТ Внд Т.
= ~1+' —,'Мй(1 — 6')~ Т.. (15.20) ' С точностью до й = (пчаг (М„) и применении газодинамических функций. Здесь и при анализе других элементов ГПВРД для наглядности в уравнениях эти предположепия используются. Для более точного расчета необходимо решать совместную систему уравнений расхода и энергии, записанных через статические параметры рабочего тела.
473 Зависимости (в = 7 (6) и Т, = Т, (6), определенные из уравнений (15.19) и (15.20) для М„= 10 и 16, (св = 1,3 и различных значений т)„приведены на рис. 15.22. Здесь же штриховой линией нанесены зависимости оптимальной для каждого значения Ч, величины 7, о м определенной из условия достижения максимального удельйого импульса ( „,„при сгорании водорода в воздухе с сс = 1,0 пРн )н.с,в = — "' =1,0.
На этомжеРисУнке штРихги Ю пунктирной линией показаны зависимости величины статической температуры на выходе из воздухозаборника. Видно, что потребная площадь выходного сечения воздухозаборника !', непрерывно увеличивается с увеличением 6 и с уменьшением т)с (ухудшением эффективности воздухозаборннка), а статическая температура воздуха па выходе непрерывно уменьшается. С увеличением чисел М„наряду с уменьшением относительной площади 7, непрерывно повышается уровень статической температуры на выходе из воздухозаборника.
Рис. !5.22. Зависимость относительной площади «горла» воэдухоэаборника /в и статической температуры на входе в камеру Тя от степени тор»«он«енин воздушного потока 5. Гв о во = (л,)ив), ° г)1впд в п худ с л = соя««яри и =- Ьо. (, —.— г. в ' в' Чс — Кпд ярояесс«сжатия 0Д 5а,х 00 М00 0Д 0,0 1700 500 .0 00 0,7 увеличения числа скачков, охлаждения пограничного слоя и организации течения 00 в пространственном канале, что позволяет уменьшить потери, обусловленные трением потока по сравнению Дв=ь» с течением на клине, где зти потери становятся весьма значительными из-за нара- 7,0 стания пограничного слоя.
40 Камера сгорания. ' да=ц~ Относительные поперечные размеры 1камеры сгорания 0 0«У 0«2 0«0 пал определяются выбранной от- Рис. (5.23. Зависимость погребной отно носительнои площадью вы сительнои площади «горла» впаду хоэабар хода из воздухозаборника, ника г ПВРЛ от коэфФициента полного потребной величиной тепло- давлеи ~и "я* Ми -= 15, подвода и циклом двигателя.
Формулу, связывающую размеры выходной площади из камеры сгорания с величиной тепло- подвода и параметрами на выходе, можно получить из уравнения расхода, связывающего параметры в выходном и входном сечениях камеры сгорания (с точностью до й = 1пчаг (М, Н) и возможности применения газодинамических функций): Лтл У0 Аналогичные приведенным на рис. 15.22 зависимости могут быть получены и при задании о,„= и„, (М ) характеристикой воздухозаборника,' а 1», — выбранной степенью торможения потока 6 (рис. 15.23).
Видно, что с увеличением п,„и уменьшением )ь, величина /, уменьшается тем значительнее, чем больше число М„. Относительная длина воздухозаборника 1, = /.,/Ри зависит от типа входного устройства, его совершенства и режима работы двигателя и выбирается на основе комплексного анализа эффективности. С увеличением чисел М наряду с ростом потребной площади входа (уменьшением /,) увеличивается его длина и масса, а также растут тепловые потоки в стенки. С целью уменьшения габаритных размеров воздухозаборника и повышения его эффективности становится целесообразным интеграция воздухозаборника с носовой частью летательного аппарата, т.
е. использование носовой части ЛА в качестве поверхности сжатия потока в воздухозаборнике. Высокое совершенство сжатия потока (большая величина т(,) при больших значениях М„может быть достигнуто путем 474 — — (15.21) ((+ д,>» "5,* д(йа) 5 д(ьв) оа.с д(1т) ' ои.о ( г) где и„, = д„"/р,*; /„, = г"„,,„„/Р„; /„,,„= /'„,,„/г"„. Площадь входа в камеру сгорания обычно выбирается равной площади выходного сечения воздухозаборника, т.
е. Р„,о „ = Р,. Видно, что при фиксированных значениях )ь, на режимах «запирания» камеры, т. е. при М„=- 1,0, увеличение степени подогрева при о„, = сопз1 обусловливает рост потребной площади выходного сечения камеры сгорания тем значительнее, чем меньше величина о„о. В общем случае потери полного давления при теплоподводе зависят от цикла ГПВРД, параметров воздуха на входе в камеру и закономерностей теплоподвода: для камеры Р = сопз1 уравнение (15.20) имеет смысл только для определения п„о; при г" = = чаг для определения /ш о важно знать не только параметры воздушного потока на входе в камеру, но и распределение тепло- подвода по длине камеры сгорания. Для турбулизации воздушного потока с целью стабилизации пламени за скачком сечения во входном нли промежуточном сечении камеры могут использоваться уступы (скачки сечения) или устанавливаться стабилизаторы.
475 В ПВРД со сверхзвуковой скоростью в камере сгорания установка стабилизаторов может привести к большим сопротивлениям, приводящим к необратимым потерям и резкому ухудшению эффективности двигателя, особенно в условиях больших гиперзвуковых скоростей полета. Особенно значительно эти потери влияют на удельные параметры ГПВРД при больших скоростях полета из-за существенного увеличения роли потерь по проточной части с увеличением скорости полета.
Расчеты, выполненные для водородно-воздушного ГПВРД, показывают, что при работе ГПВРД на переобогащенных горючих составах, целесообразных для больших чисел М„, изменение выходного импульса на 1% при а = 0,6 определяет уменьшение Р, на 5% при М„= 5, на 15 % при М, = 15 и на 40 % при М, = 24. Тем не менее, в ряде случаев использование таких устройств желательно; так, например, применение уступов на выходе из воздухозаборника с подачей в зону за уступом топлива, не приводя к существенному увеличению суммарных потерь, обусловливает хорошую подготовку смеси и стабилизацию фронта горения.
На стабилизацию и устойчивое горение смеси в камере большое влияние оказывают процессы подготовки смеси, играющие определяющую роль при больших давлениях потока. Одним из основных направлений для создания условий, обеспечивающих стабилизацию фронта горения на стенках, следует рассматривать газодинамические воздействия на поток, приводящие к возникновению местных скачков уплотнения с отрывом пограничного слоя перед фронтом горения и, следовательно,— к повышению температуры за скачком, К числу таких воздействий могут быть отнесены условия, благоприятствующие распространению сильных возмущений навстречу потоку (например, положительный градиент давления вдоль камеры, вдув топлива перпендикулярно потоку и др.).
Заметим, что самовоспламенение и устойчивое горение смеси при низких давлениях и температурах потока будут зависеть от кинетических характеристик смеси. Из кинетики химических реакций известно, что на время реакции гомогенной смеси, определяемое периодом задержки воспламенения и временем собственно реакции, большое влияние оказывают давление и температура смеси: при понижении р и 7 до очень низких значений можно ожидать резкого ухудшения условий воспламенения и сжигания смеси даже при идеальном смешении топлива и воздуха.
Определение этих значений р и Т, также как и анализ одновременного учета диффузионных и кинетических факторов на воспламенение и сгорание смеси выходят за рамки курса, так как еще недостаточно изучены и в настоящее время составляют предмет пристального внимания исследователей. Для практических целей определения габаритных размеров камеры и анализа коэффициента полноты сгорания в этих условиях необходимо использовать конкретные экспериментальные данные. Р е а к т и в н ое с о п л о.
Относительная площадь выходного сечения реактивного сопла определяется величиной относительной площади выходного сечения камеры сгорания, параметрами на выходе, степенью и эффективностью процесса расширения. При й, = и = 1пчаг ( †' ~ и полном расширении приРс ближениое УРавнение длЯ опРеделениЯ 1с = — имеет вид Рс 1 =1.
— „—,= — —, ° Рс У(~г) ЧЮ Р (Х ),7(,(с) При задании потерь в реактивном сопле ГПВРД другими коэффициентами следует воспользоваться уравнениями связи: между о, и КПД процесса расширения 2)р — уравнениями из равд. 15.2, МЕжду Ос И КОЭффИцИЕНтОМ СКОрОСтИ ИСтЕЧЕНИя 2рс— системой уравнений: 22 ()2сз) и (72сз) )2с = Ч'с)2с.сх' ос = 2 = Ьс 22( с) 22(Ч2с" з) 22()2,з) = р,(р,"., и т. д. В соответствии с уравнением для определения 1 относительная площадь выходного сечения реактивною сопла может быть опреДелена по заДанным значениЯм 12. „ )22, ос~и опРеДеленномУ по заданным значениям чисел М„ о„ и а„, перепаду давления в реактивном сопле сс 2 2тс = ' = иссяк.
сис(1 + — Мс~ — я(ь,з) (, а При полном расширении продуктов сгорания потребная относительная площадь реактивного сопла будет тем больше, чем меньше его эффективность и больше число М,. Потребная относительная площадь выходного сечения реактивного сопла достигает значительных величин уже при М„= 10 и достаточно высоких значениях Чр.
Вместе с тем с увеличением ), растет мидель двигателя и суммарное сопротивление аппарата, что сказывается на ухудшении эффективных параметров ГПВРД. Относительная длина реактивного сопла 1, = Е,/Р„в общем случае зависит от типа сопла и выбранной степени геометрического расширения ),: для данного типа с увеличением 7', значение 1„как правило, увеличивается. В общем случае определение потребных геометрических размеров реактивного сопла (1, и 1,) требует проведения детального анализа системы аппарат — ГПВРД и определения коэффициента потерь тяги сопла (в осевом направлении) с учетом потерь на трение, неравномерность и неравновесность (что особенно важно в условиях больших степеней теплоподвода, чисел М и высот полета), а также изменения коэффициента подъемной силы в зависимости от угла отклонения струи с учетом внешнего сопротивления аппарата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
