Диссертация (1145329), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Вместо негоформируется новый висячий скачок, приходящий в тройную точку. Таким образом, происходитсмена маховского отражения от оси на маховскую интерференцию ДСУ. Система при этомобязательно проходит через пограничную структуру ТК-2/3.5.5 Перестройки УВС при нерегулярной интерференции догоняющих скачковВ главе 4 рассмотрена регулярная интерференция догоняющих скачков. Показано, что длякаждого числа Маха набегающего потока имеется такое сочетание интенсивностей приходящихскачков J1 и J2, которое образует границу, разделяющую области существования регулярной имаховской интерференции (см. рис.4.32). Ниже рассмотрены все типы УВС, которые могутобразовываться при регулярной и маховской интерференции догоняющих скачков. В п.5.6 будутизучены области их существования.Напомним, что при регулярной интерференции ДСУ отраженный разрыв может бытьволной разрежения (рис.5.13, УВС типа 1), а также скачком уплотнения (рис.5.14, УВС тип 2).Их разделяет характеристическая УВС с отраженным слабым разрывом.
При пересеченииграницы регулярной и маховской интерференции появляется ножка Маха (рис.5.15).!246]а)б)в)Рисунок 5.13 - УВС "тип 1" (а) с отраженным разрывом - волной разрежения 3-4 (схема б)и соответствующее решение на плоскости ударных поляр (в).]а)б)в)Рисунок 5.14 - УВС "тип 2" (а) с отраженным разрывом - скачком 3-4 (схема б) исоответствующее решение на плоскости ударных поляр (в).]а)б)Рисунок 5.15 - УВС "тип 3" (а) с отраженным разрывом - скачком 6, тройными точками3-4 (ТК-1) и 5-6 (ТК-2), ножкой Маха 4 и решение на плоскости ударных поляр (б).При дальнейшем увеличении интенсивности J2 в какой - то момент (J2 > Js) течение заскачком 2 становится дозвуковым и отраженный разрыв существовать не может (рис.5.16).
Еслитечение за скачком 4 сверхзвуковое, УВС состоит из двух тройных точек ТК-1.!247]]а)б)Рисунок 5.16 - УВС "тип 4" (а) с дозвуковым течением за скачком 2, тройными точками 34 (ТК-1), 5-6 (ТК-2), ножкой Маха 4 и решение на плоскости ударных поляр (б).Вернемся к рисунку 5.15. Если точка 3-4 пересечения черной и красной поляры лежит накрасной поляре ниже звуковой точки s, то образуется УВС, показанная на рис.5.17. Течение заскачком 4 сверхзвуковое, а сам этот скачок является приходящим для тройной конфигурации 57 типа ТК-1. Таким образом, скачки 2 и 4 образуют типичную интерференцию ВСУ.]а)б)Рисунок 5.17 - УВС "тип 5" (а) с тремя тройными точками 3-4 (ТК-1), 5-7 (ТК-2), 6-8 (ТК2) и решение на плоскости ударных поляр (б).Пусть на рис.5.16 интенсивность второго скачка такова, что точка 2, соответствующаявторому скачку, по - прежнему будет расположена на вторичной поляре выше звуковой точки s.Но точка 3-4 пересечения красной поляры с черной лежит выше звуковой точки на краснойполяре.
Тогда синюю поляру построить невозможно. Скачок 2 при этом искривляется исливается с ножкой Маха. Его интенсивность изменяется от параметров, соответствующихточке 2, до параметров в точке 3-4. Если увеличивать J1, то точка 3-4 будет скользить по чернойполяре вправо, пока не окажется на правой ветви черной поляры. Этому соответствует стольсильное искривление скачка 2, что он меняет свое направление (рис.5.18, тип УВС - ТК-2).!248]а)б)Рисунок 5.18 - УВС "тип 6" (а) с искривленным, поменявшим свое направление скачком 2,тройной точкой 3-4 (ТК-2) и соответствующее решение на плоскости ударных поляр (б).При определенном сочетании числа Маха и интенсивностей J1 и J2 правая синяя поляра(см. рис.5.15 и 5.17) не пересекается с красной полярой свой левой ветвью.
Тогда возможныдва случая: когда синяя поляра лежит целиком внутри красной (врезка на фрагменте рис.5.19-б)или когда она пересекается с красной полярой правой ветвью (рис.5.20). Тогда точка 5-6 будетпредставлять собой точку интерференции ДСУ с отраженным разрывом - волной разрежения 7(рис.5.19) или с отраженной разрывной характеристикой (5.20).]а)б)Рисунок 5.19 - УВС "тип 7" (а) с тройной точкой 3-4 (ТК-1) и решение на плоскостиударных поляр (б).В типичных случаях, соответствующих рис.5.19 и 5.20 точка пересечения 3-4 лежит вышезвуковой точки на красной поляре, поэтому течение за скачком 4 дозвуковое.
Сама точка 3-4может лежать как на левой ветви черной поляры (рис.5.20), так и на правой (рис.5.19). От этогозависит то, к какому типу относится тройная конфигурация 3-4: к типу ТК-3 (рис.5.20) или ктипу ТК-1 (рис.5.19). Если же точка 3-4 лежит на левой ветви черной поляры ниже звуковойточки на красной поляре (рис.5.21, 5.22), то из неё можно выпустить синюю поляру, точка 5-6пересечения которой с красной полярой образует дополнительную тройную точку в УВС.!249]]а)б)Рисунок 5.20 - УВС "тип 8" (а), состоящая из двух тройных конфигураций 3-4 (ТК-1) и 56 (ТК-3) и соответствующее решение на плоскости ударных поляр (б).]а)б)Рисунок 5.21 - УВС "тип 9" (а), состоящая из двух тройных конфигураций 3-4 (ТК-1) и 5-7(ТК-2), а также точки 6-8 интерференции ДСУ с отраженным разрывом - волнойразрежения 9 и соответствующее решение на плоскости ударных поляр (б).]]а)б)Рисунок 5.22 - УВС "тип 10" (а), состоящая из трех тройных конфигураций 3-4 (ТК-1), 5-7(ТК-2), 6-8 (ТК-3) и соответствующее решение на плоскости ударных поляр (б).!250Таким образом, при интерференции ДСУ могут образовываться УВС десяти основныхтипов.
Кроме того, тип образующихся тройных конфигураций зависит от того, вторичнаяполяра пересекает основную в области левой или правой ветви.5.6 Области существования УВС, образующихся при нерегулярной интерференциидогоняющих скачковРассмотрим какие УВС могут образовываться при изменении интенсивности двух скачков,изначально, одного направления. Выберем диапазон чисел Маха М=2-6, наиболее интересныйдля организации сверхзвуковых полетов. Начнем анализ с М=2. На всех рисунках ниже введенасквозная нумерация областей существования УВС определенного типа, соответствующаярисункам 5.13-5.22 и их выделение цветом. При некоторых числах Маха, например, при М=2,часть областей отсутствует, поэтому цифры на графиках встречаются не все (рис.5.23).]1 - ДСУ, отраженный разрыв - волна разрежения; 2-ДСУ, отраженный разрыв - скачок; 3 - УВС сдвумя тройными точками: ТК-1 и ТК-2, главный исходящий скачок в ТК-2 являетсяприходящим встречным скачком в ТК-1; 6 - J2>Js, второй приходящий скачок искривляется и внекоторых случаях превращается из догоняющего во встречный; 8 - УВС с двумя тройнымиточками ТК-1 и ТК-3, исходящий скачок в ТК-3 является приходящим для ТК-1.Рисунок 5.23 - Области регулярной и маховской интерференции двух скачков.При регулировании традиционного воздухозаборника, имеющего замыкающий прямойскачок, оптимальной областью является область 2, в которой отраженный разрыв являетсяскачком уплотнения.
При этом, в соответствии с принципом Осватича, скачки должны иметьравную интенсивность. Область 6 представляет интерес для организации детонационного!251горения, т.к. течение за вторым приходящим скачком в окрестности тройной точки дозвуковое.Понятно, что детонацию нельзя организовать в потоке с М=2, в данном случае имеется ввиду,что поток предварительно сжат в воздухозаборнике и заторможен до М=2. В области 1отраженный разрыв - волна разрежения, такие УВС плохо подходят для регулированиявоздухозаборников внешнего сжатия.
Области 3 и 8 соответствуют нерасчетным случаям собразованием двух ТК. Таких УВС лучше избегать.На рисунке 5.24 показаны области существования различных УВС при М=2.5. Видно, чтосущественно расширилась область 1, где отраженный разрыв - волна разрежения. Появиласьновая область 7.]3 - УВС с двумя тройными точками: ТК-1 и ТК-2, главный исходящий скачок в ТК-2 являетсяприходящим встречным скачком в ТК-1; 7 - J2<Js, второй приходящий скачок искривляется и нанем появляется звуковая точка.
Остальные обозначения - как на рис.5.16.Рисунок 5.24 - Области регулярной и маховской интерференции двух скачков.Если в области 6 третья поляра, соответствующая второму догоняющему скачку несуществует, т.к. определяющая его точка лежит выше звуковой точки на второй поляре, то вобласти 7 её можно построить, но она не пересекается ни со второй, ни с первой полярой (рис.5.25).
Область 2 сверху ограничена линией, являющейся границей между регулярной инерегулярной интерференцией догоняющих скачков (касание второй и третьей поляры, см. рис.5.26).!252]Рисунок 5.25 - Решение на плоскости поляр, соответствующее областям 7 и 9. М=3.]Рисунок 5.26 - Решение на плоскости поляр, соответствующее верхней границе области 2 границе между регулярной и нерегулярной интерференцией ДСУ.
М=3.Граница между областями 1 и 2 соответствует характеристической УВС, т.е. ТК-3. Границамежду областями 3 и 8 соответствует случаю, когда второй приходящий скачок расщепляется наλ-образную УВС (рис.5.7) и замыкающий третий скачок - прямой, т.е. λ-образная УВСпредставляет собой ТК-2/3 (рис. 5.27 - б). Эта линия разделяет случаи, когда третья полярапересекается со второй левой ветвью (рис.5.27 - а, ТК-2) и правой ветвью (рис.5.27 - в, ТК-3).]]а)]б)в)Рисунок 5.27 - Решение на плоскости поляр, соответствующее λ-образная УВС совстречными скачками в ТК-2 (а), с прямым замыкающим скачком в ТК-2/3 (б), сдогоняющими скачками в ТК-3. М=3.Граница между областями 7 и 8 представляет собой область параметров, при которыхточка пересечения правых ветвей поляр 2 и 3 (область 8) опускается в основание поляры 2, т.е.J3=1.
Напомним, что в области 7 поляра 3 не пересекается с полярами 1 и 2.!253Наиболее сложный вид карта областей существования различных УВС приобретает приМ=3 (рисунок 5.28).]1 - ДСУ, отраженный разрыв - волна разрежения; 2-ДСУ, отраженный разрыв - скачок; 3 - УВС сдвумя тройными точками: ТК-1 и ТК-2, главный исходящий скачок в ТК-2 являетсяприходящим встречным скачком в ТК-1; 5 - как 3, но возможно образование УВС синтерференцией ВСУ за вторым скачком; 6 - J2>Js, второй приходящий скачок искривляется и внекоторых случаях превращается из догоняющего во встречный; 4 - как 6, но возможнообразование УВС с интерференцией ВСУ за вторым скачком; 7 - J2<Js, второй приходящийскачок искривляется и на нем появляется звуковая точка; 9 - как 7, но возможно образованиеУВС с интерференцией ВСУ за вторым скачком; 8 - УВС с двумя тройными точками ТК-1 и ТК3, исходящий скачок в ТК-3 является приходящим для ТК-1; 10 - как 8, но возможнообразование УВС с интерференцией ВСУ за вторым скачком.Рисунок 5.28 - Области регулярной и маховской интерференции двух скачков.Появляются вертикальные линии, которые делят области 6,7,8 каждую на две области:область 6 на области 6 и 4, область 7 - на 7 и 9, область 8 - на 8 и 10, соответственно.
Леваявертикальная линия соответствует пересечению левой ветви второй поляры с левой ветвьюпервой поляры в звуковой точке второй поляры (рис.5.29-а), т.е. J2=Js. Правой вертикальнойпрямой отвечает пересечение левой ветви второй поляры с правой ветвью в звуковой точкевторой поляры (рис.5.29-б). Напомним, что при М<1 за скачком 2 образование каких-либоразрывов невозможно, следовательно, в областях J1, расположенных левее левой и правееправых вертикальных границ, течение за вторым скачком дозвуковое и образование за нимкаких либо ГДР невозможно.!254]а)б)Рисунок 5.29 - Решение на плоскости ударных поляр, соответствующее пересечению левойветви второй ударной поляры в её звуковой точке с левой ветвью (а) и правой ветвью (б)первой поляры.В областях J1 между вертикальными границами по числу Маха за вторым скачком можнопостроить поляры (рис.5.30), соответственно, допускается существование УВС, в которыхвзаимодействуют до трех ТК.
Численные эксперименты показали, что такие сложные УВСдействительно существуют.]а)б)Рисунок 5.30 - Решение на плоскости ударных поляр, соответствующее УВС, в областях4,5,7,9, в области левой ветви (а) и правой ветви (б) первой поляры.Сравнивая рисунки 5.23, 5.24 и 5.28, можно заметить, что при М=2 область 2 сотраженным разрывом - скачком уплотнения является основной, при М=2.5 она сужается, а приМ=3 уменьшается существенно. Напомним, что оптимальной для сжатия воздуха являетсясистема двух ДСУ с одинаковой интенсивностью. В результате, при М=2 оптимальноерегулирование двухскачкового воздухозаборника внешнего сжатия не вызывает затруднений,при М=2.5 диапазон регулирования очень узкий и сосредоточен в диапазоне [J1, J2] = 2.2-2.54, апри M=3 диапазон оптимального регулирования сужается до минимального предела [J1, J2]=3.0-3.1. С увеличением числа Маха до М=4-6 положение усугубляется и оптимальноерегулирование двухскачкового воздухозаборника внешнего сжатия вообще становитсятеоретически невозможным (рис.5.31, 5.32).!255PРисунок 5.31 - Области регулярной и маховской интерференции двух скачков.PРисунок 5.32 - Области регулярной и маховской интерференции двух скачков.Интересно, что пассажирские и военные сверхзвуковые самолеты, предназначенные длякрейсерского сверхзвукового полета, оснащались двухскачковыми воздухозаборникамивнешнего сжатия, оптимизированными на скорость полета М=2.0-2.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
