Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Поэтому обычно угол входа в сопловую решетку авл = — -- 90'. Выходной угол ах„выбирается в пределах 15 ... 20'. Чем меньше угол выхода а(и, тем больше высота лопаток и тем болыпе изогнутость сопловой и рабочей лопаток. Профильные потери (особенно кромочные и вторичные) возрастают.
При больших углах сх(л возрастают потери с выходной скоростью в результате увеличения осевой составляющей скорости на выходе из колеса, которая близка по абсолютному значению к осевой составляющей скорости на входе в колесо, которая с увеличением а( возрастает. При проектировании турбин ЖРД следует выбирать профили лопаток сопловых решеток с известными характеристиками и обладающие минимальными потерями. Профили лопаток, разработанные в МЭИ на основании теоретических и экспериментальных исследований, приведены в работе (3).
Профили лопаток сопловых решеток разделены на три группы: А, Б и В (рис. 4.15). Решетки с профилями групп А и Б являются сужающимися, а решетки с профилями группы  — сужающе-расширяющимися. Профили группы А предназначаются для сопловых решеток с дозвуковой скоростью на выходе (М, = 0,4 ...
0,9). При околозвуковых скоростях (0,9 < М, < 1,2) применяются профили группы Б. В решетках с этими профилями сверхзвуковая скорость достигается в результате расширения газа в косом срезе (6, < 3,5). Решетки с профилями группы В предназначаются для больших сверхзвуковых скоростей (М( ) 1,2). Решетки для дозвуковых скоростей имеют профили с плавно меняющейся кривизной спинки и корыта (группа А), что обеспечи2зз вает достаточно равномерное, без диффузорных участков, распределение давления по профилю, при котором потери в решетке минимальны. В решетках с профилями группы Б (М, ( 1,2) спинка в косом срезе, где происходит увеличение скорости потока до сверхзвуковой, выполняется прямолинейной.
Это делается потому, что выгнутая спинка (большая кривизна) привела бы к местному повышению скорости у поверхности лопатки до значительной сверхзвуковой (местное обтекание тупого угла) с последующим торможением в в скачке уплотнения, сопровождающимся потерями энергии (волновые потери). Профили группы В имеют после минимального сечения межлопаточного канала вогнутую спинку, образующую расширяющийся канал. Сопловым решеткам соответствуют потери, находящиеся на уровне минимальных, при расчетных значениях М, (рис.
4.16). Они в основном определяются потерями трения. При отклонении от расчетного значения М, в связи с нерасчетным течением потери возрастают. При больших значениях М, (б, болыпе расчетного д ) расширение газа происходит за пределами решетки. Оно сопровождается скачками уплотнения, повышающими потери. Вели значения М, меньше расчетного, то в сужающейся решетке (профили групп А и Б) возрастает толщина пограничного слоя, вследствие чего увеличиваются профильные и концевые потери. Увеличение потерь в расширяющихся решетках (профили группы В) при б, ( (6 объясняется в основном возрастанием волновых потерь, вызываемых скачками уплотнения в расширяющейся части канала.
После выбора по значениям М„аел и ат„профиля лопатки сопловой решетки определяют относительный шаг г = йЬ„где Ь хорда профиля и коэффициент потерь решетки. Для этого используют графические характеристики профиля, приведенные в работе 13). йа Слакеа Рис. 4д7. Распределение давления по реактивному профилю при различных значениях относительно шага решетки 239 Ряс. 438. Коническое расширяющееся сопло Существует оптимальное значение относительного шага 1, при котором потери в решетке а с'„„ минимальны. Это вызвано тем, что с увеличением шага уменьшается площадь поверхности трения и снижаются профильные потери.
При этом, увеличение шага вследствие возрастания нагрузки на каждую лопатку приводит к падению давления на спинке и возрастанию давления на корыте (рнс. 4.17). При этом увеличиваются вторичные потери'и создается возможность отрыва потока. С увеличением шага ухудшаются отклоняющие свойства решеток. Для сопловых решеток 1,рс —— 0,7 ... 0,9. Предкамерным турбинам 7КРД соответствуют малые 6, (см. разд. 4.1,1), прн которых М, < 1,2, поэтому в этих турбинах в качестве сопловых решеток можно применять решетки с профилями групп А и Б. Значения М, ) 1,2 соответствуют автономным турбинам ЖРД с высокой б„поэтому для автономных турбин можно использовать сопловые решетки с профилями группы В.
Однако в автономных турбинах, которые часто выполняются парциальпыми (с подводом газа не по всей окружности колеса), широко применяют конические сопла (рис. 4.18). Отметим, что конические сопла просты в технологическом отношении. В коническом сопле поток достигает скорости звука в сечении диаметром с( „,.
Дозвуковая часть сопла выполняется с плавными обводами. Расширяющуюся часть сопла от сечения диаметром с( юдо сечения 7' — 1' целесообразно проектировать с углом конусности 12 ... 15'. В пределах косого среза коническую поверхность сопла целесообразно переводить в цилиндрический участок. Наклон оси сопла равен 15 ... 20'. Определение размеров конического сопла (с(„ш,с(1) и гс будет рассмотрено далее в равд. 4.3.3.2. В конических соплах, в отличие от сопловых решеток, отсутствуют потери на парный вихрь.
4.3.2. Обтекание лопаточных решеток газом 4.3.2Л. Профилирование лопаток для дозвуковых скоростей При изменении относительной скорости потока на входе в лопаточную решетку (Мы, ~0,25) характер потока в решетке не меняется: распределение давлений и коэффициенты потерь остаются неизменными. Газ ведет себя в основном, как несжимаемая жидкость. При числах М.„превышающих 0,25, проявляется сжимаемость газа — изменяется распределение давлений и скоростей по профилю лопатки, изменяются коэффициенты потерь. При больших дозвуковых скоростях на входе в решетку (М,, = = 0,7 ... 0,9) скорость, увеличиваясь на спинке лопатки, может 240 рис. 439. Зависимость коэффициента потерь в рабочей решетке от числа >>1 Л вЂ” дозвуковая решетка; Б — околозвуновая решетка;  — сверхзвуковая решетка с сужающе-раси>иряюнгимнся каналамн, спроектированная па методу прямого скачка; !— сверхзвуковая ре>нешш с каналом постонннога сечения. спроектированная по методу прямог> скачка; т — сверхзвуковая решетка, спроектированная по методу ступенчатого торможения стать звуковой и сверхзвуковой.
Если ниже по потоку скорость дозвуковая, то переход потока от йб ЮЮ (р 57 1Ф ру,„ сверхзвуковой скорости к дозвуковой происходит в скачке уплотнения и сопровождается увеличением потерь в решетке (волновые потери). Сверхзвуковые зоны и скачки уплотнения возникают и у выходной кромки лопатки со стороны спинки. Они связаны с увеличением скорости потока у выходной кромки, вызванным кривизной выходной части профиля. Уменьшение кривизны способствует уменьшению интенсивности скачков уплотнения. Этому способствует также уменьшение толщины выходной кромки.
При увеличении М „соответствующем увеличению скоростей от малых дозвуковых до больших дозвуковых, коэффициент потерь в дозвуковой решетке сначала уменыпается, а затем возрастает (см. кривые А и Б па рис. 4.19). Падение коэффициента потерь связано с уменьшением толщины пограничного слоя с увеличением М, „приводящим к уменьшению профильных и концевых потерь.
Число Мш„при котором в межлопаточном канале достигается скорость звука, называется критическим. Возрастание потерь в решетке начинается после достижения критического значения М-, и связано с волновыми потерями и отрывом потока, вызываемым скачками уплотнения. Рабочие решетки, предназначенные для дозвуковых скоростей потока, как и дозвуковые сопловые решетки (см.
равд. 4.3.1.5),имеют лопатки с плавно меняющейся кривизной спинки и корыта, со скругленной входной кромкой. Чем больше радиус скругления, тем менее чувствительна решетка к изменению режима работы (угла атаки). Дозвуковые скорости на входе в рабочую решетку соответствуют предкамерным турбинам ЖРД, выполняемым реактивными (с малой степенью реактивности) или активными.
Дозвуковым обычно является также поток на входе во вторую ступень автономной двухступенчатой турбины со ступенями скорости. В качестве рабочей решетки реактивной предкамерной турбины используют решетки с профилями лопаток группы А (см. рис.
4.15, а), которые применяются в качестве сопловых (см. равд. 4.3.1.5). Дозвуковые активные решетки подбирают из решеток с профилями группы А, приведенными в работе [3). Решетки с профилями А имеют плавно сужающийся канал. Профиль группы А спроектирован так, чтобы рабочие М, были меньше критического М,. 24! г вгв бб Дб Д7 бб йб гйв Рис. 4.26 Зависимость коаффиниента потерь от числа М Лля решеток с про° Р~ филями группы А и группы А„при Лл~ "л Рнс. 4.20.
Рабочая активная решетка с расширяюще-сужающимися каналами с профилями лопаток (группы Ак) В качестве активных решеток и решеток с малой реактивностью, имеющих малую высоту (й„!Ь (1,6), при которой велики потери на паркый вихрь, рекомендуется использовать решетки с профилями группы А„(рис. 4.20). Решетки с профилями группы А„имеют входной расширяющийся участок (Ал, > г(г) и выходной — сужающийся (г( ) с(я). Весь межлопаточный канал приобретает расширяюще-сужающуюся форму.
На начальном участке такого канала поток поворачивает при сниженной скорости и, следовательно, уменьшается поперечный градиент давления. Это приводит к уменьшению вторичных потерь (потерь на парный вихрь). Коифузорный выходной участок канала обеспечивает конфузорное течение на спинке в косом срезе, что предотвращает отрыв потока. Поэтому решетки с профилями группы Ан позволяют увеличить угол поворота потока (уменьшить Углы Р„и Ра„), не опасаЯсь отРыва потока и УвеличениЯ потерь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
