Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 51
Текст из файла (страница 51)
При малой высоте лопатки решетки с профилями лопаток группы А„имеют меньшие в 1,3 ... 1,5 раза коэффициенты потерь, чем решетки с профилями лопаток группы А в широком диапазоне дозвуковых скоростей (рис. 4.21). Шаг рабочей решетки и потери определяются по характеристикам решеток, приведенным в работе 13). Угол лопатки на входе ~)ьл определяется углом потока ~3, и углом атаки Рт. = Рг (4.53) Из треугольника скоростей (см. рис. 2.21) имеем 6, = агс1а - сони, — и/с, ' Угол атаки выбирается в зависимости от профиля лопатки. Для дозвуковых скоростей небольшие отрицательные углы атаки г = = — 2 ... — 6' (1 ж — 0,1рвл) соответствуют минимальным профильным потерям.
Чем больше положительный угол атаки, тем значительнее паданг давление на спинке лопатки и суммарное окружное усилие увеличивается. Однако обтекание при больших положительных углах атаки при дозвуковых скоростях приводит к большим потерям, так как увеличиваются области диффузорного течения. 242 рнс. 4.22. Зависимость для определе- ния уменьшения КПД решетки при не- расчетных углах атаки ар/рр Таким образом, потери при обтекании профилей сильно зависят от угла атаки.
Профили с тупыми, округлыми входными кромками и густые решетки менее)чувствительны к изменению угла атаки. Учет влияния угла атаки на потери в решетке можно произвести по приближенным эмпирическим зависимостям. Подобные зависимости приведены в работе (3). Для ориентировочного определения уменьшения КПД решетки можно применить формулу [5) чо ч= лч =Л(' (4.55) где Л = 0,65 при ! ) !р и А = 0,22 при ! <(р; г и !р — соответственно текущий и расчетный углы атаки; пр — расчетный КПД решетки; Лт~ — уменьшение КПД. При ! ( !р йотери меньше, чем при ! ) !р (рис.
4.22.). Выходной угол рял выбирается в зависимости от степени реактивности решетки. В профилях реактивных решеток он всегда меньше, чем )зт, и определяется требующимися значениями выходного угла потока ()я. В активных решетках также целесообразно выходной угол делать несколько меньше входного (на 2 ... 4'). Это обеспечивает небольшую конфузорность межлопаточиого канала и снижает потери. 4.3.2.2. Профилирование лопаток для сверхзвуковых скоростей Характер потока в решетке изменяется при достижении потоком перед решеткой сверхзвуковой скорости. На рис. 4.23 показан спектр обтекания сверхзвуковым потоком профилей лопаток (группа Л) решетки, предназначенной для работы при дозвуковых скоростях. Профили имеют скругленную входную кромку, спинка на входном участке и в косом срезе криволинейна.
Перед входной кромкой возникает головной скачок уплотнения 1, по интенсивности близкий к прямому. После скачка поток остается сверхзвуковым. Обтекая выпуклый входной участок спинки, поток ускоряется в пучке характеристик (пунктир), как при обтекании тупого угла. Сверхзвуковой поток при взаимодействии с потоком меньшей скорости, прошедшим через головной скачок соседней лопатки, тормозится в скачке уплотнения 2, за которым наблюдается отрыв пограничного слоя.
Скачки уплотнения 1 и 2 образуют 2-образный головной скачок, после которого скорость падает до дозвуковой. Если давление достаточно велико, то в косом срезе решетки происходит ускорение потока. Вследствие большой кривизны выходной части спинки поток на спинке ускоряется в пучке характеристик (обтекание тупого угла). 243 Рис. 4.22.
Спектр течения в дозвуковой рабочей решетке (профили лопаток группы А) при сверх- звуковой скорости потока на входе: 1, 3, 3, 6, 6 — скачки уплотнения; 6 — зона отрыва л Рис. 4.24. Рабочая активная лона- Рис. 4.25. Спектр течения в решетке с проточная решетка, предназначенная филями лопаток группы Б прн сверхзвудля околозвуковых и небольших козой скорости на входе: сверхзвуковых скоростей потока 1, 3, 6 — скачки уплотнения; 3 — мивималь(профили лопаток группы Б) ное сечение; 6 — зона отрыва; 6 — кромочный вихревой след Обтекая выходную кромку большой кривизны (толстую кромку), сверхзвуковой поток отрывается н тормозится.
Возникает кромочный скачок 3. Возмущение от этого скачка приводит к появлению скачка 4 на кромке с выгнутой стороны. В месте падения этого скачка на соседнюю лопатку образуется скачок 5. После скачка 5 из-за большей кривизны спинки поток будет ускоряться, тормозясь затем в скачке 3. Таким образом, в решетке, предназначенной для дозвуковых скоростей, при сверхзвуковых скоростях возникают дополнительные потери в скачках уплотнения (волновые потери) и потери в связи с отрывом пограничного слоя.
С увеличением скорости набегающего потока эти потери быстро возрастают. Рассмотренная картина течения (см. рис. 4.23) позволяет заключить, что для сверхзвукового потока нужно применять специально спрофилированные лопатки. Входной и выходной участки спинки профилей должны выполняться прямолинейными для исключения разгона потока с последующим его торможением в скачках. Входная и выходная кромки должны быть возможно более острыми. В работе (3) для околозвуковых скоростей рекомендуются решетки с профилями группы Б (0,9 < М, ( 1,2) (рис. 4.24), 244 а для сверхзвуковых скоростей (М, = 1,2 ... 1,8) — с профилями группы В. Сверхзвуковые скорости обтекания рабочей решетки соответствуют автономным турбинам ЖРД. Эти турбины выполняют активными.
Решетки с профилями группы Б (см. рис. 4.24) характеризуются входными и выходными кромками с малыми радиусами скругления и плавно сужающимися межлопаточнымн каналами. Решетки с профилями группы Б спроектированы по методу прямого скачка. При Мш, ) 1 перед решеткой поток тормозится в прямом скачке (рис. 4.25), затем ускоряется до звуковой скорости в минимальном сечении 2 и до сверхзвуковой скорости — в косом срезе.
В районе выходной кромки возникают скачки 3 и 4 (аналогично профилю лопаток группы А, см. рис. 4.23). Однако интенсивность скачков здесь меньше, так как кривизна спинки в косом срезе меньше, чем в решетке с профилями лопаток группы А. Потери в решетках с профилями лопаток группы Б невелики. При М, ) 1 потери в решетке с профилями лопаток группы Б значительно меньше, чем в решетке с профилями лопаток группы А, при М„, < 1 — наоборот. Для больших сверхзвуковых скоростей (М, = 1,2 ...
1,8) в работе (3) рекомендуются решетки с профилями лопаток группы Б, спроектированные, как и решетки с профилями лопаток группы Б, по методу прямого скачка. Сверхзвуковой поток (рис. 4.26, а) тормозится в косом скачке 1, а затем в прямом скачке 2. Межлопаточный канал сужающе-расширяющийся. В начальной, сужающейся части происходит поворот потока при малых дозвуковых скоростях.
В минимальном сечении достигается скорость звука. Затем поток ускоряется до сверхзвуковой скорости в расширяющейся части канала и в косом срезе. Входную и выходную части спинки профиля выполняют прямолинейными. Степень сужения канала и степень расширения канала выбираются при М, =- 1,5 ... 1,8 в следующих пределах: д,Я = 1,1 ... 1,2; е(а!б( = 1 5 ...
1,25. к) д) Рис. 4.26. Рабочие актинные лопаточные решетки, предназначенные для больших сиерхзпуконых скоростей потока: а — решетка, спректированная по методу прямого скачка (провали лопаток группы ВП б — решетка, спроектированная по методу ступенчатого торможения; а — решетка, спроектированная по методу нпавнога торможеныя вдоль вогнутого начального участка спинки 245 Помимо метода прямого скачка, на основе которого спроектированы решетки с профилями лопаток групп Б и В, включенными в работу 131, для расчета сверхзвуковых решеток (М, > 1,2) существуют метод ступенчатого торможения в системе скачков (см.
рис. рис. 4.26, б) и метод плавного торможения вдоль вогнутого начального участка спинки (см. рнс. 4.26, в). При расчете по этим методам полагается, что торможение потока организуется в системе скачков, состоящей из нескольких косых скачков, замыкаемых прямым. После прямого скачка, как и в решетках с ррофилями лопаток группы В, дозвуковой поток ускоряется в сужающе-расширяюгцемся канале до сверхзвуковой скорости. Таким образом, в канале имеет место смешанное течение: сначала дозвуковое, а затем сверхзвуковое.
Методы ступенчатого и плавного торможения позволяют спроектировать решетки, имеющие меньшие потери при М, > 1,5, чем решетки, рассчитанные по методу прямого скачка (см. рис. 4.19). Однако такие решетки более чувствительны к изменению режима работы. С изменением М, и угла атаки нарушается расчетная система скачков и потери резко возрастают. Картина течения при сверхзвуковом обтекании лопаток усложняется тем, что поток из одного соплового канала обычно обтекает несколько лопаток (шаг лопаток меньше, чем шаг сопл).
При этом скачок, отходящий от лопатки и выходящий из зоны действия данного сопла, влияет на параметры потока, обтекающего последующие лопатки. Однако фотографии спекторов обтекания показывают, что в целом взаимное влияние скачков невелико. 4.3.2.3. Определение угла выхода нз решетки при обтекании ее газом со сверхзвуковой скоростью Угол потока на выходе из активной лопаточной решетки при обтекании ее сверхзвуковым потоком (рис.
4.27) может быть точно определен экспериментальным путем. Приближенно его можно найти из уравнения неразрывности, записанного для осредненных параметров. Для сечений 1 — 1 (см. рис. 4.27) и 2 — 2 за решеткой (теоретически в бесконечности) можно записать (при постоянной высоте решетки) д (Хл,) 7 31п р~ = азд (Х,) 1 з1п Ря.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
