Часть 1 (1161645), страница 99
Текст из файла (страница 99)
При работе зжектора на месте (в = О), когда формулы (52)' и (58) принимают вид 1(1+ 1Ъ) )~2а+ат(~1 — 1) — 1 — 1~ 1+а 1 6=— а (и+ 1) а+11~т1 (59) (60) козффициент зженции п, отношение скоростей юа/юс и коэффициент увеличения тяги 6 являются монотонными функциями геометрических параметров а и 1 (рис. 9.31, 9.32). пую тягу с исходной при равных расходах газа через вопло. При етом получим для ракетного двигателя 58 ГЛ.
1Х, ГАЗОВЫЕ ЭЖЕКТОРЫ При этом оказывается, что для эжекторов с любыми значениями геометрических параметров а и 1 коэффициент увеличения тяги 6 больше единицы, и выигрыш в тяге может достигать значительной величины. Таким образом, в неподвижном эжекторе подмешивание дополнительной массы к струе, вытекающей из сопла, происходит достаточно эффективно, вследствие чего при полном смешении пото4из ков всегда образуется выигl о' рыли в реактивной тяге. На- помним, что этот результат Я получен без учета потерь на трение.
341 444 Уменьшение а, т. е. увеличение относительной площади камеры смешения, пригн ру н водит к увеличению коэффициента эжекции и и уменьшению относительной скоро- 7 (А У41 25 ,(ру Стн потоКа на выходЕ из Рнс. 9.33. 3звнснмость нз ач эжектоРа Ми>1. ВыигРыш в Реактивной системы с зшекторо44 от тяге (коэффициент 6) при степени расширения днффузорв й этом возрастает (рис.
9.31). а = 0,3 Кслн беспредельно увеличи- вать относительную площадь камеры (а- 0), то коэффициент эжекции и, согласно уравнению (59), неограниченно возрастает, а скорость потока после смешения стремится к нулю. Коэффициент увеличения тяги, который в основном определяется произведением (и+1)и141и1, при а — 0 возрастает до максимального значения. Подставив (59) в уравнение ~(60),получим 6 = 1 [2 — а(1 — )в) + а1в(1 — а)'— У1 — авнз (1-~- а'уз)з — 21(1 — сс) )/2а + ав ((з — 1)~. Найдем предел этой величины при а — О. С помощью уравнения (59) легко установить, что нри а- 0 ап — 0 (что вполне очевидно по существу, так как согласно (51) ап=шз1'ш~).
Учитывая это, из последнего выражения определяем Нш 6 = 2~. а е Это значит, что коэффициент увеличения тяги неподвижного зжектора даже при отсутствии потерь на трение не может превысить некоторого конечного значения, зависящего от степени ушкрения диффузора 1. Так, например, зжектор без диффузора (1= 1) даже при беспредельном увеличении его размеров и отсутствии трения не может увеличить тягу более чем в 2 раза. » !0. теОРия эжектОРИОГО увели*п1ткля тяГи 559 Влияние скорости движения (полета) на параметры реактивного двигателя с эжектором сводится к следующему. Разрежение во входном сечении смесительной камеры (53) с увеличением скорости движения уменьшается, однако благодаря увеличению скоростного напора эжектнруемого газа расход его С» возрастает. Скорость эжектируемого потока на входе в камеру растет, разность скоростей потоков уменыпаетсн — это снижает потери при смешении потоков.
«Выходной импульс» системы (С! + С») сг« растет вследствие увеличения как расхода Сь так и скорости сг«. Одновременно увеличивается «входной импульс» эжектируемого потока С»ю„ а в схеме ВРД также н эжектирующего потока (С!л4„). В результате этого с возрастанием относительной скорости движения со выигрыш в тяге уменьшается, несмотря на увеличение коэффициента эжекции и снижение потерь при смешении. Можно показать, что падение выигрыша в тяге с ростом скорости движения является свойством не только эжектора, но и любого, даже идеального аппарата, в котором к основной струе прибавляется дополнительная масса без подвода дополнительной энергии. Уже прн сравнительно небольших относительных скоростях движения (полета) с» коэффициент увеличения тяги для идеального смесителя, а следовательно, н для любой эжекторной системы прнблпясается к единице.
Поэтому анализ влияния сэ на коэффициент увеличения тяги можно ограничить рассмотрением области малых скоростей движения. Прп выводе соотношений (52) — (60) предполагалось, что плотности смешивающихся газов одинаковы. Точно так же можно выразить коэффициент эжекции, скорость истечения смеси и выигрыш в тяге для случая смешения газов различных плотностей (рс/р»=рФ1), Прн этом получаются следующие выражения для коэффициента эжекцни н выигрыша в реактивной тяге: 1(1+ — ) с' 2ар+а (1~ — 1) р+В +(1+а»1 ) а — 9 (р+1)(1~+1) ив р(1+а 1) (6!) где В = — ' — "'~'(р 4), 4 1+а — + (пр + 1) — со~.
(62) 1 — а и р+=с»~ — с» Р' 560 Гл. 1х, ГАзовые эжектоты Расчеты показывают, что формула (61) приближенно соответствует зависимости и = и, ф~ =, Р где ио — значение коэффициента эжекции при р = 1. Различие в плотностях газов, существенно изменяющее коэффициент эжекции, мало сказывается на выигрыше в тяге, так как одновременно с ростом коэффициента эжекции умень1пается скорость истечения Гааа, и наоборот. Наибольший для данного эжектора выигрыш получается при равной плотности смешивающихся газов, т.
е. при Р = 1. Для подмешивания внешнего воздуха к струе газа можно применить мнотоступенчатый аппарат, состоящий из нескольких эжекторов, причем поток смеси, вытекающий из предыдущей ступени, является эжектирующим потоком последующей ступени. Хотя принципиально в такой конструкции смешение в каждой ступени происходит при меньшей разности скоростей, чем в одноступенчатом эжекторе, и потери на удар будут меньшими, количественный эффект — выигрыш в реактивной тяге — оказывается примерно таким же, как в одноступенчатом зжекторе с равной площадью выходного сечения. Все рассмотренные выше результаты получены в предположении, что потери трения в элементах эжектора пренебрежимо малы, и эффективность эжектора зависит только от ударных потерь, возникающих в процессе смешения. В действительности, помимо потерь при смешении, в элементах эжектора имеются дополнительные, вторичные потери, не связанные с самим существом процесса подмешивания дополнительной массы.
Это в первую очередь гидравлические потери в соплах (потери полного давления Газов до входа в камеру), потери на трение в смесительной камере и потери при торможении потока в диффузоре. Для того чтобы определить параметры эжекторной реактивной системы с учетом этих потерь, необходимо ввести соответствующие коэффициенты потерь в уравнения энергии и силу трения в уравнение количества движения. Решение основной системы уравнений позволяет определить коэффициент эжекции, скорость истечения потока из эжектора и коэффициент увеличения тяги в зависимости от геометрических параметров эжектора и потерь в его элементах. Расчеты показывают, что гидравлические потери в элементах эжектора уменьшают разрежение на входе в камеру и приводят к снижению коэффициента э1кекции и скорости истечения смеси юс В результате значительно уменьшается выитрыш в реактивной тяге. Тем не менее при реальных значениях коэффициентов потерь возможный выигрыш в тяге иа месте (ез О) со- З 40.
ТЕОРИЯ Э>ВЕКТОРНОГО УВЕЛИЧИТЕЛЯ ТЯГИ 561 ставляет заметную величину. Так, например, эжектор с геометрическими параметрами а = 0,05 — 0,1 и 1 = 1,5 — 2 позволяет увеличить тягу иа месте на 25 — 35 % без затраты дополнительной энергии. Влияние вторичных потерь на реактивную тягу в полете более существенно, чем при работе на месте.
Дело в том, что с увеличением скорости движения аппарата увеличиваются расход и скорость эжектируемого газа и соответственно возрастают потери па трение, примерно пропорциональные количеству движения Сз«Р». Поскольку ударные потери в процессе смешения при этом уменыпаются, то вторичные потери, связанные с трением, становятся преобладающими и в освовном определяют совершенство процесса. Если без учета этих потерь выигрыш в тяге лишь спин«ается с ростом «о, то при реальных значениях коэффициентов потерь уже при «4 =0,2 — 0,3 выигрыш в тяге исчезает, а для ббльших значений скорости движения вместо прироста получится снижение тяги.
Этот результат, качественно справедливый для эн«екторпой системы с любыми начальными параметрами смешивающихся газов, указывает на то, что такого рода системы могут быть полезны только в тех случаях, когда скорость перемещения аппарата мала по сравнению со скоростью истечения газа из сопла. Эти условия соответствуют, например, старту и начальному периоду движения ракеты, а такхсе различным режимам полета аппаратов, использующих реактивную тягу для создания подьемпой силы при небольшой вертикальной скорости (вертикальный взлет самолета, режим «висения» и т. п.). Приведенный в $3 метод расчета газового зжектора позволяет определить параметры зжектора — увеличителя тяги с учетом сжимаемости при больших отношениях давлений смешивающихся газов, больших скоростях и температурах в эжектирующей струе и тем самым уточнить полученные выше результаты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
