Часть 1 (1161645), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Если точка пересечения скачков (или волн Маха в изоэитропическом диффузоре) пе совпадает с кромкой обечайки, то от этой точки в сторону внешнего потока отходит скачок уплотнения, интенсивность которого определяется двумя условиями: 1) совпадением иаправлепия внешнего потока и внутренней струи; 2) равенством давления по обе стороны поверхности, отделяющей внешний поток от внутренней струи. Кривая значений угла поворота потока Юм,„, определяемого данными условиями, приведена па рис. 8.43 (для изоэптропического сжатия). Если угол поворота струек в скачке оказывается больша максимального возможного при данкой скорости набегающего потока, то скачок преобразуется в криволинейную ударную волну, которая проникает во внутреннее течение и дотягивается Е д и Е И Рис. 8.45.
Сверхзвуковой диффуаор Рис. 8.46. Сверхзвуковой днффу- с частичным внешним сжатием аор с внутренним сжатием до стенки центрального тела (рис. 8.44). За криволинейной волной сверхзвуковое течение разрушается вблизи как внешней, так и внутренней стороны обечайки. Для уменьшения внешнего сопротивления применяют диффузоры с неполным (частичпым) внешним сжатием (рис. 8.45). В таком диффузоре обечайка составляет с направлением невозмущеппого потока меньший угол, чем последняя грань центрального тела.
Поэтому поток встречает внутреннюю поверхность обечайки под некоторым углом и вынужден отклониться с об- 5 4. СВЕРХЗВУКОВЫЕ ДИФФУЗОРЫ 475 разованием косого скачка АС, идущего от кромки обечайки к той части центрального тела, которая расположена во внутреннем канале диффузора; замыкающий прямой скачок Ер помещается около узкого сечения внутреннего канала.
Обечайка диффузора с частичным внешним сжатием может иметь малое внешнее сопротивление. Если обечайка направлена параллельно скорости невозмущенного потока, то ее внешнее волновое сопротивление равно нулю. Сверхзвуковой днффузор с полным внутренним сжатием может быть осуществлен без центрального тела (рис.
8А6). В таком диффузоре косой скачок отходит от кромки обечайки А и пересекается в точке 0 на оси диффузора со скачком, идущим от противоположной кромки. Поток газа в скачке АО отклоняется от первоначального направления и становится параллельным стенке АС. В точке 0 линии тока вынуждены возвратиться к первоначальному направлению, в связи с чем возникает отраженный скачок 00.
В точке г7 поток вновь отклоняется от осевого направления и становится параллельным стенке диффузора; это вызывает новый скачок, который отражается от оси диффузора, образуя следующий скачок и т. д. Так как в скачках уплотнения поток тормозится, то предельный угол поворота в каждом последующем скачке меньше, чем в предыдущем. Описанный процесс продолжается до тех пор, пока требуемый угол отклонения потока не оказывается больше предельного (в ) ) в ); с наступлением этого режима вместо очередного плоского скачка образуется криволинейная ударная волна ЕР, за которой поток становится дозвуковым.
Дальнейшее течение в сужающем канале идет с увеличением скорости, причем в узком сечении скорость должна быть ниже нли равна критической; в последнем случае за узким сечением может возникнуть дополнительная сверхзвуковая зона, завершаемая скачком уплотнения СИ. При очень малом угле наклона боковой стенки диффузора с полным внутренним сжатием (го ( 1 ) возможно частичное пзоэнтропическое торможение; оно осуществимо до места отрыва пограничного слоя, вызывающего скачок уплотнения. Сверхзвуковой диффузор с полным внутренним сжатием испольауется в аэродинамических трубах. Вследствие частичного пзоэнтропического сжатия в диффузоре малого угла удается вдвое уменьшить потери по сравнению с таковыми в прямом скачке (подсчитанными по числу Маха перед диффузором).
Пограничный слой влияет на работу диффузора не только в случае изоэнтропического сжатия. В диффузорах других схем влияние пограничного слоя также весьма ощутимо; оно не сказывается только на первом скачке, который устанавливается при встрече невозмущенного потока с передней кромкой центрального тела или обечайки. 476 Гл. чпг.
течения ГАЗА В сОплАх и диФФузОРАх / / / / Пограничный анай / . '/4г Рис. 8.48. Форма струи, входя«не/1 в дпффузор. при скорости полета ниже расчетной Рис. 8.47. Искажение системы скачноз при взаимодействии нх с пограничным слоем. Штриховая линия — скачки в идеальном газе, сплошные лпнлп— скачки в вязком газе внимание также влияние вязкости при выборе поперечных размеров канала диффузора (путем увеличения проходных сечений в соответствии с нарастанием по длине канала толщины вытеснения пограничного слоя, как это было показано на примере сопла в з 1 настоящей главы).
В частности, площадь узкого сечения днффузора (горла) с учетом влияния пограничного слоя приходится увеличить на 5 — 15 о/о по сравнению с определенной без поправки на его влияние. Чтобы обеспечить безотрывное течение газа в расширяющейся дозвуковой части канала, следующей за горлом диффуэора, ее сопряжение с концом сверхзвуковой части осуществляют с помощью специального переходного канала, имеющего весьма плавные очертания с участком постоянного сечения (в зоне горла). Иногда для улучшения характеристик диффузора применяют слив или отсос пограничного слоя через специальные отверстия или щели в стенках диффузора. До сих пор мы рассматривали сверхзвуковые диффузоры, работающие на основном, расчетном значении скорости набегающего потока.
При отклонении от расчетного режима форма системы скачков изменяется, в связи с чем некоторые пэ заданных условий нарушаются. В частности, в нерегулируемом диффуэоре с внешним сжатием при уменьшении числа Маха набегающего потока скачки уплотнения становятся более крутыми (рис. 8.48); Все последующие скачки возникают или отражаются в местах взаимодействия пограничного слоя со скачком (при перепаде давлений на скачке выше «критического», см. з 6 гл. 'Ч1). В результате этого взаимодействия потери давления увеличиваются, а скачки уплотнения деформируются и смещаются.
Если последнее обстоятельство не учтено при выборе формы центрального тела днффуэора с внешним сжатием, то не будет обеспечено пересечение всех скачков на кромке обечайки (рис. 8.47), из-эа чего нарушится и внешнее обтекание диффузора. Следует принять во З 4. СВЕРХЗВУКОВЫЕ ДИФФУЗОРЫ 477 из-за этого крайняя линия тока внутренней струи (попадающей в днффузор) проходит через точки аЬА, отклоняясь в каждом скачке системы. Но тогда сечение струи тх„, захватываемой диффузором, оказывается меньше, чем на расчетном режиме, для которого оно равно полному сечению и'ол (от кромки А обечайки до оси диффузора, см., например, рнс. 8.45). Отношение дон сг =— рсл называется коэффициентом расхода. Потери во внутренней струе, как видно из рис. 8.48 '), не должны зависеть от того, пересекаются ли скачки на кромке А обечайки или нет; внешнее же сопротивление диффузора под действием сместившихся скачков возрастает, так как часть потока, обтекающего диффузор, вынуждена пересечь эти скачки до встречи с обечайкой.
Характер зависимости коэффициента сохранения полного давления О„ и коэффициента расхода ср от числа маха в трехскачковом диффузоре постоянной формы (с внешним сжатием) показан па рис. 8.49 (расчетное значение М, = 3) . Здесь же нанесены кривые Ошм (М„) Н СР„ат(Ма) ДЛЯ Рглг оптимального диффузора 1 (штриховые линии), геометрическая форма кото- л рого с пзмененкем велпчпны М„должна изменяться (ндеально регулируемый Ссу диффузор).
На всех рехспмах, кроме расчетного, не- рг регулируемый дпффузор имеет значения О, нписе оптимальных; велнчшгы ср ( 1 получаются только в области значений М„ нп- рис. 8.49. Зависимость от скорости полета же расчетного. ко.ффициситов сохранения полного даврасчет кривых на рпс лсвяп и расхода для трохскачкового сверхзвукового диффузора с внешним 8.49 произведен следую- сшагпом, имеющего оптимальные характещим образом. По данным ристики при ма = 8 рпс. 8.38 берется значение (О,) „= 0,73 для оптимальной системы из трех скачков при М„= 3 п умноисается на коэффициент сохранения полного давления внутренней части диффузора (принимаем О,„= 0,95); произведение этих коэффициентов характеризует полные потери внутри ') Скачки ва рпс. 8.48 построены зсэ учета влияяия пограничного слоя.
478 ГЛ. ЧП!. ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В СОПЛАХ И ДИФФУЗОРАХ диффузора на расчетном режиме (о„= 0,7), для которого коэффициент расхода равен единице. Приближенное значение о„для единичного косого скачка оптимальной трехскачновой системы, со- 3 гласно (31), о„=-Р о = 0,89.
Этому значению о„отвечает на н1сновании (25) нормальная составляющая приведенной скорости (при й = 1,4) )., = 1,43 и число Маха, подсчитанное по нормальной составляющей скорости набегающего потока: Г 2 Л+! нн Мнн = ь †! = Мн вша, = 1,6. 1 — — АН й+! нн 'Отсюда угол наклона первого скачка а! — агсзш(1,6/3) = 32'. По кривым на рис. 3.12 гл. П1 отыскиваем угол первого клина центрального тела (при М, = 3 и а! = 32'), !о! = 15' и по рис. 3.19 тл. П1 — число Маха за первым скачком М! = 2,3. Значение числа Маха для нормальной составляющей скорости перед вторым скачком в оптимальной системе должно быть таким же, как и перед первым скачком М„„= М1„= М! Зш аз — 1,6.
От<юда угол наклона второго скачка к направлению потока за первым скачком $,6 а = агсз1в — '= 44', 2,3 чему соответствует угол отклонения потока на втором уступе клина аз= 18'. Полный угол поворота потока в рассматриваемой оптимальной системе скачков (о!!+ Фз) = 33', а число Маха .За вторым скачком Мз = 1,6. Уточненное значение числа Маха перед замыкающим прямым скачком согласно (30) равно М ! = 0,94Мнн = 1,5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
