Часть 1 (1161645), страница 81
Текст из файла (страница 81)
= 1Ыеш, т. е. М,„М1„— —... = Ыеп1 или М„вша, = М1 зша1 =... = Ыеш); вследствие этого отношение статических давлений, плотностеи и других параметров во всех Р1 " 2 ' ~ Р1 Ра косых скачках одни и те же( — = — = ... = Ыега, — = — = Рн Р1 Рн Р1 т, т, т т = =Ыеш — = — = . =Ыеш н 1 ' а» а1 и приросты энтропии в них равны (г1 — г, = гг — г1 —— ...
=1Ыеш). Аналитическое исследование показывает, что все параметры замы- кающего прямого скачка в оптимальной системе лишь немного отличаются от параметров единичного косого скачка этой систе- мы. Так, в диапазоне значений числа Маха набегающего невозму- щающего потока 1,5 ( М„< 5 относительная величина числа Маха перед прямым скачком практически постоянна и равна М 1=0,94М э1па1.
(30) Зная величину М 1, можно вычислить приведенную скорость перед прямым скачком, отношение полных и статических давлений, а также всех прочих параметров за и перед скачком. Для приближенных предварительных расчетов можно определить число Маха перед прямым скачом по нормальной составляющей скорости перед единичным косым скачком (М = М, з(па~). Тогда оптимальное отношение полных давлений в системе скачков равно »1 (Од)шах = Ок (31) Это выражение дает тем лучшее приближение к точному выражению (29), чем больше число скачков и в системе. При использовании многоскачковой системы интенсивность каждого скачка относительно невелика, а это означает, что скорость дозвукового течения за замыкающим прямым скачком близка к скорости звука (М, = 1). Но при этом достаточно небольшого сужения струи, обычно происходящего перед входным отверстием диффузора, для того чтобы в этом отверстии установилась кри- 471 р 4.
СВЕРХЗВУКОВЫЕ ДИФФУЗОРЫ тическая скорость (М„= 1). Опыты показывают, что данное условие реализуется на практике на основных режимах работы мнотоскачкового диффузора в системе двигателя. В таком случае расход воздуха через днффузор определяется по формуле (8а) тл. ГЧ: (32) Ът, ЗДесь Рд — — ОВР„ — полное Давление во вхоДном сечении ДиффУ- вора (за системой скачков); Т, = Т„ — температура торможения во входном сечении диффузора, равная температуре торможения в набегающем невозмущенном потоке; Р =Р„р — площадь входного сечения диффузора.
Скорость течения в каналах двигателя (в частности, перед компрессором и перед камерой сгорания) обычно должна быть значительно ниже скорости звука, вследствие чего внутренний канал сверхзвукового диффузора, иуда воздух попадает из входного отверстия, делается расширяющимся. Но если во входном отверстии скорость равна критической, то такой канал может работать п как расширяющаяся часть сопла Лаваля с образованием сверхзвукового течения, завершаемого дополнительным скачком уплотнения. Форму внутреннего канала и условия работы диффузора стараются выбрать такими, чтобы потери в дополнительном скачке, по крайней мере на основном (расчетном) режиме, были как можно меньше, а зто достигается предельно возможным сокращением дополнительной сверхзвуковой зоны течения.
При плавной форме и малых углах раскрытия начальной части (горловины) внутреннего канала диффузора удается избежать отрыва пограничного слоя в скачке (при М, ( 3,5), замыкающем дополнительную сверхзвуковую зову, и свести потери полного давления во внутреннем канале до 3 — 5 з/о (О„ = 0,97 — 0,95). Описанные выше сверхзвуковые диффузоры, в которых основная система скачков уплотнения расположена перед входным отверстием (перед обечайкой), относят к категории диффузоров с внешним сжатием (несмотря на наличие дополнительного сжатия во внутреннем канале). Если в таком диффузоре все скачки пересекаются на кромке А обечайки (рис.
8.40), то, как уже отмечалось, система скачков не нарушает внешнего обтекания обечайки. Однако внутренняя стенка обечайки должна быть ориентирована по направлению потока в замыкающем прямом скачке, которое тем сильнее отклонено от направления набегающего невозмущенного потока, чем больше косых скачков имеется на центральном теле диффузора. В свою очередь наружная стенка обечайки составляет с внутренней угол Лю = 3 — 5', шозтому угол встречи наружной 472 гл. чш. ткчения ГАЭА в соплах и дпФФузогвх стороны обечайки с набегающим невозмущенным потоком равен тв — 1 ю„= ~ гоа + Лго = го„+ Лго, 1 (33) где го,— отклонение потока в единичном косом скачке, го„= $ — 1 = ~ ота — суммарное отклонение потока в системе косых скачков.
1 В многоскачковом диффузоре с внешним сжатием угол от„ велик и скачок АВ на наружной стороне обечайки (рис. 8.40) оказывается интенсивным. Возможны и такие случаи, когда угол в,' больше предельного от угла поворота потока в плоском косом скачке уплотне- уу ния. При этом вместо плоского скачка АВ образуется ю' г" 7 е у 4 м„ Рис. 8.48.
Зависимость суммарного угла поворота потока в оптимальной системе скачков от числа Маха при равном количестве ж скачков: Ф„„ — предельный угол поворота в косом скачке, Емьх — поворот потока при ивовнтропическом сжатии около центрального тела Рис. 8.42. Система скачков при угле наклона обечайки, превышающем предельное значение (длл косого скачка) отошедшая криволинейная ударная волна, которая объединяется в одно целое с замыкающим прямым скачком системы (рис. 8.42) и приводит к большому внешнему сопротивлению обечайки.
Входной канал диффузора (между обечайкой и центральным телом) обычно сначала немного сужается, а затем расширяется, т. е. имеет узкое сечение, перед которым (за системой скачков) дозвуковой поток разгоняется до критической скорости. Далее формируется участок сверхзвукового течения, завершаемый ударной волной (волнистые линии на рис. 8.42, 8.44 — 8.46), за которым следует область дозвукового диффузорного течения.
473 з «. сввгхзвукозые днФФузогьг На рис. 8.43 штриховой линией изображена зависимость предельного угла поворота потоке в присоединенном плоскомскачке от числа Маха ш,.(М,) при й 1,4. Здесь же нанесены кривые значений суммарного угла поворота потока ш, в оптимальной системе плоских скачков (для диффузора с внешним сжатием), состоящей нз различного числа скачков (т = 2, 3, 4). Как видно пз рис. 8.43, суммарный угол поворота потока в оптимальной системе из трех скачков приблизительно равен предельному углу поворота невозмущенного потока у обечайки, а в случае четырех скачков — больше предельного. Иначе говоря, при т ) 3 (для Ряс. 8.44.
Изозятроккческое зяашкее сжатие з сверх»куколок дкффузоре: 1 — цекгралькое тело, У вЂ” об«чайка, РА'С — отошедшая ударная волна, ОА'Р— область каозвтроккчаского зяашнего сжатия, СН к АС вЂ” линии звуковых скоростей Ь = 1,4) в оптимальном диффузоре с внешним сжатием неизбежно образование отошедшей ударной волны на наружной стороне обечайки. Как показывает рис. 8.38, увеличение числа скачков ведет н уменьшению суммарных потерь полного давления в системе. При увеличении числа скачков до бесконечности потери в системе должны упасть до нуля (о, - 1), т.
е. осуществляется переход к изоэнтропическому торможению. Форма центрального тела плоского «пзоэнтропического» сверхзвукового диффузора с внешним сжатием изображена на рис. 8.44. Полный угол поворота потока около такого центрального тела рассчитывается по формулам и таблицам течения Прандтля— Майера (см. 3 3 гл. 1Ъ'), так как изоэнтропическое сжатие представляет собой обращенное изоэнтропическое расширение. Иначе говоря, угол поворота потока у плоского изоэнтропического центрального тела при торможении от значения числа М, до М = 1 равен углу поворота в течении Прандтля — Майера с расширением от М = 1 до М = М,(г», = 6,).
Кривая ш(М,) для й = = 1,4 приведена на рис. 8.43 (т = ). Если бы пучок характеристик нзоэнтроппческого течения сжатия сходился на кромке обечайки диффузора, то струя, входящая в диффузор, не возмущала бы внешнего обтекания обечайки. В действительностп полное пзоэнтропическое торможение потока газа осуществить не удается, так как на поверхности центрального тела происходит увеличение давления, которое вызы- Гл чтп.
Ткчения ГАЭА В сОплАх и диФФузОРАх 474 вает деформацию профиля скорости в пограничном слое, приводящую к отрыву последнего. В точке отрыва пограничного слоя возникает сильное возмущение сверхзвукового потока, вследствие чего образуется скачок уплотнения (рис. 8.44), переходящий в ударную волну внешнего обтекания обечайки. Все же выбор соответствующей формы центрального тела, особенно при осуществлении отсоса пограничного слоя, дает возможность частично использовать изоэнтропическое торможение потока в диффузоре внешнего сжатия и получить восстановление давления несколько более высокое, чем в трех-, четырехскачковом диффузоре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
