Часть 1 (1161645), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Для получения равномерного параллельного потока (применительно к сверхзвуковым аэродинамическим трубам и реактивным аппаратам с очень большой скоростью истечения) пользуются соплами со специально профилированнымп стенками, для Рис. 8Д1. Схема построения контура сопла построения которых применяются методы характеристик пли функциональных рядов'). Приведем простой геометрический метод расчета сопла'), дающий контуры, очень близкие к оптимальным.
Горловина такого сопла описывается двумя окружностями; дозвуковая часть — радиусом 1,5 Вч„и сверхзвуковая часть — радиусом 0,4 В„„, где Ввв — радиус критического сечения (рпс. 8.11) . К отрезку дую| радиуса 0,4Ввв под заданным углом Ол к оси сопла проводится касательная У() до пересечения с отрезном ()а, проходящим через срез сопла и наклоненным к оси под заданным углом О. (в случае аэродинамической трубы О = О). Отрезки )У9 и ()а разбиваются на равное число участков, причем точки деления линии ()а соединяются с одноименными точ- ') Капиева О. Н., Наумова Н.
Н., Шмыглевский 10. Д., Шул пшика Н. ~. // Опыт расчета плоских и осесимметричиых сверхзвуковых течевий газа методом характеристик.— Мл ВЦ АН СССР, )96К ') Н а о С., Арргохппаиоп о1 орпппмп т)тгпзт пока)е соптопг // АВ8 ).— 1966.— № 6.— Р. 66К й т. Формы сОпел 44Ь ками деления линии )т'(); огибающая полученной сетки прямых образует искомый контур сопла. На рис. 8А2 приведены графики для определения углов наклона О, (сплошные линии) и О, (штриховые линии) по заданным значениям относительной длины сопла ьл'Л,р и относительного радиуса выходного сечения Л./Лаю 0 каче- к, стае описанного геомет- р' Л4 рического способа поСТРОЕНИЯ СОПЕЛ МОЖНО о г4 судить по такому при- 4 меру: максимальное ли- - гл нейное отклопение кон- 3 тура от оптимального, рассчитанного по точной методике, для соп- У ла Л.
= 5Л„„Ь = 12Л«р составляет О,ОЗЛаю 4а и тг ту 44 4у 4у ту ту )у лкк— Контур предельно «р короткого сопла опреде- Рнс. 8А2. Зависимость углов Ол (сплошиыв ляется путем смеще- линии) и О, (штриховые ливии) от относи- тельных значений длины и радиуса на срезе ния точки (рис.. ) в критическое сечение (аугловое сопло»); угол Ок выбирается так, чтобы увеличение числа Маха в течении Прандтля — Майера (около точки «У) происходило до значения числа Маха на срезе сопла. Большой практический интерес представляет сопло с центральным телом, принципиальная схема которого дана на рис. 8АЗ. В таком сопле газ течет по кольцевому каналу (между кл,у центральным телом и обе- ,а чаикой); критическое сечение может регулироваться либо продольным перемещением центрального тела, ли- 4 бо поворотом створок на обечайке.
На рис. 8А4 представлены два типа сопла с Рис. 8 13. Схема сопла с центральныы центральным телом: а) с ча телом: 1 — центральное тело, 2 — ойе- чайка, 3 — регулируеиые створки, 4— стичным внутренним и б) с ' охлаждающий воздух чисто внешним расширением газа. В первом случае от критического сечения до сечения А сверхзвуковая струя расширяется в канале, а начиная от точки А, внешняя граница расширяющейся струи является свободной. Коли угловая точка 0 сверхзвуковой части сопла помещается в критическом сечении, то отходящие от нее в виде пучка характеристики (первое семейство) отражаются от обечайки, а отра- 446 ГЛ У'и. ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В СОПЛАХ И ДИФФУЗОРАХ А лр женные характеристики (второе семейство) падают на стенки центрального тела.
Поток поворачивается к оси симметрии, пересекая характеристики первого семейства, а затем возвращается к первоначальному направлению, пересекая характеристики второго семейства. Профиль центрального тела подбирается таким образом, чтобы в точке падения любой характеристики направление потока за ней совпадало с наа правлением стенки. За крайней характеристикой АВ газ течет равномерно н прямолинейно. В сопле с чисто внеша ним расширением (рис. а 8.14, б) критическое сечение и угловая точна течения расположены на срезе обечайки. Расширение газа при этом является односторонмб ним, а критическое сечеб а ние наклонено к оси на угол б, равный углу повоРнс.
8.14. схемы сенел с центральным рота ГазовоГО потока Окотелом: а) с угловой точкой нри смешанном расширении, л) с чисто внешним ло точки А при разгоне расширением от критической скорости (М = 1) до расчетного значения числа Маха (М,) для данного отношения давлений. Полная длина выступающей за обечайку (хвостовой) части центрального тела определяется точкой пересечения последней характеристики АВ с осью. Опыты показывают, однако, что хвостовая часть центрального тела может быть без заметного снижения тяги укорочена на 30 —: 50 сггс. В критическом сечении сопла, выполненного по второй схеме (рнс.
8.14, б), обечайка должна быть параллельна стенке центрального тела; это приводит к дополнительному лобовому сопротивлению в связи с потерями на внешнее обтекание сходящейся части обечайки. При не очень больших расчетных значениях числа Маха (М, ( 2) центральное тело можно делать коническим. Сопла с центральным телом получаются значительно короче обычных сопел Лаваля и в отличие от последних дают очень небольшие снижения относительного импульса при давлениях значительно ниже расчетного (из-за отсутствия стенок в сверхзвуковой части не происходит перерасширения газа).
9 2. ФОРМЫ СОПЕЛ Е1а рис, 8.15 приведены опытные данные Пирсона' ) об изменении относительной величины выходного импульса 1 при отклонении от расчетного режима (ра) ри = 8) для сопла Лаваля и сопла с центральным телом (штриховая линия). Расчетную степень расширения сопла с центральным телом можно определять по отношению площади сечения а — гт Д а)7У а)а )та х,!1 4а 40 !(Ю Ш Ю Рпс. 8.15. Сравиеипе характеристик сопла Лаваля (1) и сопла с цеитраль- иым телом (2) ') К гале %.
Н. Рег1оггоапсе апа1мув!в о1 р1пл пота!ев 1ог !пгЬо)е! апй госЬет ехЬапвтев т" Рарег А8МЕ.— 1958.— А248, № 58. (рис. 8А4) цилиндрической поверхности, имеющей диаметр выходного сечения обечайкн, к площади критического сечения. В случае плоского сопла контуром центрального тела является линия тока течения Прандтля — Майера (около выпуклого угла) при плоской звуковой линии (рис. 8А4, 6). В случае осесимметричного сопла контур центрального тела отыскивается по методу характеристик.
Однако прн укороченной хвостовой части контур осесимметричного центрального тела близок к линии тока плоского течения. Известна схема сопла с центральной вставкой (рис. 8.16), у которого критическое сечение также кольцевое, но расширение сверхзвукового потока происходит в нем с поворотом около наружной стенки, а не центрального тела. За центральной вставкой А образуется полость со свободной границей, размеры которой зависят от числа Маха на выходе из сопла (с увеличением числа М полость сокращается).
Большое практическое значение, особенно для ТРД, имеет зжекторное сопло (рис. 8А7), в котором продукты сгорания из двигателя вытекают через простое сужающееся сопло, помещеп- 448 ГЛ. Г1П. ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В СОПЛАХ И ДИФФУЗОРАХ пое внутрь соосной с ним наружной обечайкп, имеющей специальный профиль (рис. 8.17, а) пли форму цилиндрического кольца (рпс. 8.17, б).
На срезе внутреннего сопла (сечение 1 — 1) устанавливается критическая скорость, и если давление здесь выше окружающего, то центральная струя внутри эжектора расширяется, стесняя проходные сечения эжектируемого ею патона воздуха, который попадает в кольцевой канал из промежуточной ступени компрессора или пз атмосферы. г 4 Рнс. 887. Схемы зжекторных сопел: а) с профилированной обечайкой, 6) с цилиндрической обе- чайкол Рис.
886. Режимы течения с центральной вставкой: а) у земли; б) на средних высотах; в) нз больших высотах Скорость эжектируемого потока обычно меньше звуковой, поэтому он в выходном участке эжектора ускоряется. В некотором сечении 2 — 2 (рис. 8.18) граница двух потоков становится параллельной оси сопла; это сечение расположено тем дальше от среза внутреннего сопла, чем больше избыток давления в нем. Поперечный размер внутренней струи увеличивается, а эжектируемой — уменьшается с ростом избытка давления во внутреннем сопле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
