Диссертация (1145329), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Рекордсменом здесь былМиГ-25, рассчитанный на скорость М=2.5 и способный теоретически разогнаться до скоростиМ>3. Видимо, экспериментальная отработка воздухозаборников показала, что наиболее!256эффективная их работа наблюдается именно в этом диапазоне скоростей. Теперь мы объяснилиэтот факт с точки зрения теории интерференции стационарных ГДР. Следующий используемыйв проектах сверхзвуковых летательных аппаратов диапазон скорости - это М>3.5 (SR-71, NorthAmerican XB-70 Valkyrie и др.), в котором применяются воздухозаборники со смешаннымсжатием и внутренним отражением скачков.
Как говорилось в ранее, такие воздухозаборникинеустойчиво работают при числах Маха близких к М=2, т.к. диапазон их оптимальногорегулирования находится очень близко от границы регулярного и маховского отраженияскачков. Появление внутри воздухозаборника ножки Маха является крайне нежелательнымявлением.Рассмотренные в данном пункте УВС, образование которых возможно при различномсочетании интенсивности двух приходящих скачков J1 и J2, весьма разнообразны при М>2.5.При М>3 на картах существования областей появляются вертикальные линии, отсекающие УВСс дозвуковым течением за вторым скачком, т.е.
существование отраженного разрыва в этихобластях невозможно, что является предпосылкой к образованию сложных многоволновыхУВС.5.7 УВС с тройными конфигурациями переходного типа, образующиеся приинтерференции догоняющих скачковВ предыдущем пункте были рассмотрены карты областей существования различных УВСна плоскости J1-J2 для различных чисел Маха. Были также выявлены две особые интенсивностиJ1, отделяющие области, в которых существование отраженных разрывов невозможно.
Но этиособые значения интенсивности не единственные. На рисунке 5.33 для М=3 пунктиромпоказаны вертикальные линии, соответствующие особым значениям J1 и ТК переходного типа.Справа на поле чертежа приведены пиктограммы условно обозначающие следующие вариантыпересечения ударных поляр:Вторая поляра (красная на рис. 5.34) пересекается с первой полярой выше звуковойточки (надпись на рисунке 5.33 "левой поляры не существует").
Никакие отраженныеразрывы за вторым скачком существовать не могут.Третья поляра (синяя на рис. 5.34), выпущенная из точки пересечения левой ветвивторой поляры с первой, ни с чем не пересекается (надпись на рис.5.33 "левая поляра ни счем не пересекается"). Это означает, что мы имеем здесь тройные конфигурации ударныхволн типа ТК-2 (рис.5.34).!257Третья поляра пересекается со второй в области левой ветви первой поляры (рис.5.30-а,надпись на рис.5.33 "левая поляра пересекается со второй слева").
Нерегулярнаяинтерференция ДСУ с образованием двух тройных точек.Третья поляра пересекается со второй в области правой ветви первой поляры (рис.5.30б, надпись на рис.5.33 "левая поляра пересекается со второй справа"). Нерегулярнаяинтерференция ДСУ с образование трех тройных точек.PРисунок 5.33 - Карта областей УВС с нанесенными особыми значениями J1 и УВСпереходного типа. М=3.]Рисунок 5.34 - Третья поляра, выпущенная из точки пересечения первой и второй поляр, нис чем не пересекается. УВС - ТК-2, образование системы с ДСУ невозможно.Описанные выше особые значения J1 и соответствующие им переходные УВС можнонайти для любого числа Маха М>2.4.
На рисунке 5.35 приведены кривые, соответствующиеУВС переходного типа, на плоскости M - J1.!258]Рисунок 5.35 - Области существования УВС различного типа, а также особые значения J1,соответствующие УВС переходного типа.График на рисунке 5.35 имеет большое значение для проектирования воздухозаборников,т.к. позволяет проследить смену типов образующихся в результате интерференции двух скачковУВС по мере изменения М, при фиксированном угле первого клина воздухозаборника, или помере изменения этого угла, при фиксированном М. Таким образом, начиная с М=2.4 возможноиспользование как воздухозаборника с внутренним переотражением скачка с образованием ТК2, так и воздухозаборника с внешним сжатием в системе двух ДСУ, но при этом возможна ихнерегулярная интерференция.
Поскольку области регулярной и маховской интерференции ДСУнакладываются на области существования ТК, единственная возможность правильного отборарешения, которое реализуется в конкретном случае, возможно только с учетом предысторииразвития ударно-волнового процесса. В терминах областей существования УВС разных типовэто означает, что выбор решения определяется тем, какой путь прошел ударно-волновойпроцесс в пространстве J1 - J2 - M. В самом общем случае мы можем говорить о правилахвыбора между регулярной и нерегулярной интерференцией разрывов. Этому посвященследующий пункт.Как можно заметить, с ростом числа Маха УВС становятся все более разнообразными, т.е.появляются все новые и новые типы УВС. Представляет интерес определить особые числаМаха, при которых происходит появление "новых" решений.
Ранее в гл.4 такие числа Махабыли определены для характеристической УВС ДСУ (табл.4.2, числа Маха соответсвующие!259появлению первого, второго и третьего решения). Ниже в табл.5.1 приведены все особые числаМаха для γ=1.4, соответствующие появлению новых решений для регулярного и нерегулярноговзаимодействия двух скачков.Таблица 5.1 - Особые числа Маха, отвечающие появлению новых решений.Описание появляющегося решенияМJ1J2Появляется 1-я ветвь характеристической УВС1.245111-я ветвь характеристической УВС пересекается с границей регулярной/нерегулярной интерференции ДСУ1.30511.464Появляется 2-я ветвь характеристической УВС2.08911.936Появляется 3-я ветвь характеристической УВС2.461.531Исчезает 3-я ветвь характеристической УВС2.54112-я ветвь характеристической УВС сливается с первой3.822.865.125Появляется линия, на которой вторая и третьи поляры перестаютпересекаться, т.е.
линия, соответствующая точке касания.1.991.5092.276Появляется линия λ-образных УВС с прямым замыкающим скачком,т.е.УВС состоит из двух ДСУ и ТК-2/32.221.5321Изучая графики областей существования для различных М, можно сделать вывод, чтосамые активные изменения областей происходят в диапазонах М=1.2-1.5, М=1.8-2.54, М=3.5-5.В остальных ничего интересного не происходит, новые решения не появляются. Как "повезло"разработчикам сверхзвуковых летательных аппаратов!!! Ведь, первый диапазон - это, такназываемый, ближний сверхзвуковой диапазон, который используют самолеты - истребителипятого поколения при бесфорсажном режиме работы двигателя.
Второй диапазон - областьнаиболее экономичного крейсерского сверхзвукового полета. Его использовали СПС первогопоколения. Наконец, третий диапазон - ближний гиперзвуковой диапазон скоростей, которыйсейчас активно изучается и осваивается экспериментальными летательными аппаратами. В этойобласти еще можно использовать воздушно-реактивный двигатель с дозвуковым горением.5.8 Выводы к главе 5В результате интерференции двух скачков или в процессе трансформации УВС могутвозникать самые разнообразные ударно-волновые конфигурации.
Это может быть регулярнаяинтерференция догоняющих скачков с образованием двух исходящих разрывов. При некоторомсочетании интенсивности скачков и числа Маха может реализоваться нерегулярнаяинтерференция, которая всегда сопровождается образованием тройных точек ударных волн.!260Существует три основных типа тройных конфигураций: ТК-1, ТК-2 и ТК-3, а такжеособые ТК-1/2, ТК-2/3, которые являются пограничными между ТК основных типов. Приизменении параметров задачи, УВС трансформируются.
Если течение за каким-то скачкомуплотнения является дозвуковым, то его геометрия, а также параметры тройных конфигураций,в которые он входит, зависит от условий вниз по потоку. Это может приводить к тому, чтоотдельные скачки в процессе трансформации УВС могут менять свое направление и даже изисходящих (отраженных) превращаться в приходящие. Подобные метаморфозы обязательнопроходят через стадию, когда трансформирующийся скачок становится прямым. Еслитрансформируется главный скачок, то такая конфигурация относится к ТК-1/2, еслитрансформируется отраженный, то - к ТК-2/3.В процессе трансформации УВС можно добиться её оптимальности по заданномукритерию. Показано, что тройные конфигурации оптимальные по критерию полного давления,также являются оптимальными по критериям разности температур, плотности и акустическойпроницаемости среды.
Другим критериям, например разнице скоростных напоров,соответствуют свои оптимальные конфигурации. Построена область существования тройныхконфигураций ударных волн, на которую нанесены оптимальные по полному давлению искоростному напору конфигурации.Стационарные маховские конфигурации обладают свойствами оптимальности поосновным видам критериев, что делает их привлекательными при проектированиидетонационных двигателей и других технических устройств. Исследование СМК показало, чтовеличины интенсивности отраженного разрыва и различных критериев оптимальности в СМК,при стремлении числа Маха к бесконечности, стремятся к конечным пределам.
Это говорит отом, что использующие СМК технические устройства будут иметь пределы эффективности.Области существования ТК и структур с догоняющими скачками имеют границы, которыемогут перекрываться между собой. Область существования ТК по углам наклона основногоприходящего скачка ограничена сверху значением, соответствующим М=1 за этим скачком. Этовытекает из очевидного требования, что для существования ТК течение перед вторым скачкомдолжно быть сверхзвуковым. Границей снизу является кривая, соответствующая интенсивностиосновного скачка равной единице, т.е. угол наклона скачка должен равняться углу наклонахарактеристики.При числах Маха M<MT (для воздуха MT=1.483) тройные конфигурации ТК-2существовать не могут.
Соответственно, не может существовать маховское отражение скачка отстенки или плоскости симметрии. Область существования ТК-3 ограничена числом Маха!261MF1=1.245. При числах Маха меньших MF1, тройные конфигурации ударных волн ТК-3,соответствующие взаимодействию догоняющих скачков уплотнения 1 и 2 одного направления,существовать не могут. Обязательным является наличие отраженного разрыва: скачка иливолны разрежения.Существуют предположения, что при М=МT происходит переход от ТК-2 к структуре сдогоняющими скачками, т.е. второй скачок из исходящего становится приходящим, а ТКпревращается в структуру с приходящими догоняющими скачками, главной исходящей ударнойволной и отраженным разрывом - волной разрежения. Продемонстрировано, что у приходящегоскачка должна быть причина.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
