Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В критическом сечении скорость потока равна местной скорости звука. Если в сопле поверхность перехода от дозвуковой к сверхзвуковой скорости плоская и при течении продуктов сгорания отсутствуют необратимые явления, то и минимальное и критическое сечения сопла совпадают.
Характерные типы круглых сверхзвуковых сопел показаны на рис. 9.1. В зависимости от соотношения скорости потока и местной скорости звука в соплах выделяют дозвуковые, трансзвуковые н сверхзвуковые области течения. В сужающейся части сопла газ ускоряется от малой скорости на входе до скорости, близкой к скорости звука в минимальном сечении. В отдельных областях минимального сечения скорость потока может превышать местную скорость звука. 101 рво ВЛ.
Некоторые телы крртлык екерккврко- вык велел Лкеклв Геометрия сужающейся части и окрестности минимального сечения характеризуется (см. рис. 9.1, а) радиусом по углом наклона к оси Ое конического участка сопла, радиусом гь сопрягающим конический участок сопла,и камеру сгорания, радиусами очертании (скругления) гз и гло вверх и вниз по потоку от минимального сечения. При некоторых сочетаниях значений радиусов гр и г е' конический прямолинейный участок в сужающейся части з, Е сопла может отсутствовать. «е, ю При ЕЛО сопло называют соплом с ради у спой сужающейся частью, при Орчьб и рУ 'ор ге= Π— соплом с к о н и ч е ск о й сужающейся частью.
В расширяющейся части при обтекании участка малой в ь кривизны АА' поток увеличиваф ет свою скорость до некоторо- А го заданного значения, например в некоторой точке О на з оси сопла. Форма контура АА' влияет на длину так называемого разгонного участка 1е г'к Криволинейный контур АА', при обтекании которого поток ускоряется, в предельном случае может быть заменен изломом контура сопла — угловой точкой А (см. рис.
9.1, б). Контур сопла, имеющий излом, называют контуром сопла с угловой точкой. Обычно излом контура расположен в минимальном сечении, н при обтекании угловой точки поток увеличивает свою скорость до заданной на кратчайшей длине по сравнению с любыми другими способами ускорения потока прп обтекании криволинейного контура. После достижения потоком заданного значения скорости его параметры при дальнейшем движении определяются так называемым выравнивающим участком контура расширяющейся части А'С или АС (см. рис.
9.1, а, 6). Обычно контур расширяющейся части сопла специально профилируют. Профилнрованное сопло — это сопло„расширяющаяся часть которого имеет криволинейный контур, спрофилированный с целью увеличения эффективности сопла. Если для профилирования при этом используют вариационные методы, то контур профилированного сопла называют э кст р ем а л ьн ы м. Близким по характеристикам к экстремальному является у к ороченный контур сопла, расширяющаяся часть которого представляет собой начальный участок расширяющейся части соп- ла, имеющей контур с равномерной характеристикой. Контур сопла с равномерной характеристик о й — это такой контур, расширяющаяся часть которого обеспечивает параллельный поток в выходном сечении с одинаковой величиной скорости в любой точке этого сечения. В соплах с равномерной характеристикой нет уменьшения тяги и удельного импульса нз-за неравномерного распределения параметров потока в выходном сечении.
стнеисний учааеаак канатура и" д- Рве. Э.К Некоторые слепы ыыьцевьпт сопел: о †кольцев сопло; б, е, с — впыревос; д — терельчетое сопло В некоторых случаях, например, для модельных и сравнительных испытаний применяют ко н ические с о ил а — круглые сопла, расширяющаяся часть которых, начиная с сечения, близкого к минимальному, имеет прямолинейный контур (см.
рис. 9.1,в). В последнее время активно исследуется возможность применения в ракетных двигателях кольцевых сопел. Кольцевое сонло — осесимметричное сопло, в котором часть или все сечения, нормальные оси симметрии потока, представляют собой кольца. Кольцевые сопла имеют внешний и внутренний участки контура (рнс. 9.2). Частными случаями кольцевых сопел являются штыревое (у контура расширяющейся части почти илн полностью отсутству. ет внешний участок) и тарельчатое (почти нли полностью отсутствует внутренний участок) сопла.
Схемы таких сопел, в отличие от круглых сопел, многочисленны. Основное их отличие заключается в расположении и величине угла наклона плоскости кольцевого минимального сечении к оси, а также в количестве угловых точек, при обтекании которых происходит расширение газа в сопле. Наиболее характерные и простые типы кольцевых сопел пока- заны на рис. 9.2. Тьа. ТЕЧЕНИЕ В СУЖАЮЩЕИСЯ ЧАСТИ СОПЛА В зависимости от геометрических параметров сужающейся части сопла возможно различное распределение параметров как вдоль оси, так и вдоль контура сужающейся части. Наиболее типичные случаи течения в сужакяцейся части рассмотрены ниже.
9. 3. ь сужхющАяся чАсть С ПРЯМОЛИНЕЙИОИ ЗВУКОВОЙ ЛИИНЕЙ В случае прямолинейной звуковой линии параметры в критическом сечении сопла постоянны, скорость потока равна местной скорости звука и направлена вдоль его осн. Прямолинейная звуковая линия является одновременно и характеристикой первого и второго семейства, поэтому расширяющаяся часть сопла в таких случаях может профилироваться независимо от сужающейся части при условии, конечно, что входной участок обеспечивает плоскую поверхность перехода. Указанные обстоятельства вызывают особый интерес к данному типу сужающейся части. со Рвс.
94. Поле,теееиии в соиле с примолвиейной аеуаоиоВ ливнева А — Х(с) иа оси сопла При решении обратной задачи сопла для обеспечения прямолинейной звуковой линии необходимо задать распределение скорости вдоль оси сопла, имеющее равную нулю первую производную в центре сопла (центр сопла — точка на оси симметрии, в которой М=1). Некоторые типичные результаты расчетов, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными, показаны на рис.
9.3. На этом рисунке изображено семейство линий тока ерс (каждая из которых может быть выбрана в качестве контура) и линий постоянного значения приведенной скорости Х, кривая А соответствует одномерному расчету распределения Х вдоль оси сопла. Как видно из рисунка, в окрестности прямолинейной звуковой линии (Х=1) возникают вторая звуковая линия ).=1, расположенная вверх по потоку, и область сверхзвуковых (Х>1) течений.
Схематично течение в окрестности прямолинейной звуковой линия показано па рис. 9.4. В области течения между первой и второй звуковыми линиями возникают местные сверхзвуковые зоны и 104 зоны торможения. При возникновении зон торможения возможен отрыв потока, поэтому указанные зоны 'нежелательны. Расчеты и исследования показывают, что для реализации прямолинейной звуковой линии без локальных зон торможения длина сужающейся части должна быть весьма значительной. Однако в таких длинных соплах становится существенным влияние вязкости, что не позволяет практически получить прямолинейнук1 звуковую линию. Рис.
9А. Схема течении в окресткости яра оливейаой ввуиовой лиииие У вЂ” сверхввуковаа вона; П вЂ” втораи ввукаваи лииия: П1 †характеристи веера воли сжатияе 4У вЂ” врямсливейиая ввуковвя линия Таким образом, течение в соплах с прямолинейной звуковой линией возможно лишь для невязкого газа, при этом сужающаяся часть имеет значительную длину и массу. й и й Рйднусийя и коническая сужающаяся часть Радиусная сужающаяся часть является наиболее распространенной формой сужающейся части сопел двигателей. Скругление онрестности минимального сечения сопла дугой окружности радиуса ут позволяет сократить длину сужающейся части.
Однако в этом случае звуковая линия становится криволинейной и на контуре тгм, ллфм у (г йрр гх р Юф уа уху Рас. йй Завасиместв кооРиимат ввУковой ливии ет7а и си 1 Л=1.!41 2 — Лм!,25; 8 — а 1,4 105 Рас. Е.Е. Зависиность повьппениы Наввенны ыа иоптуре от отьпиаении Осте Э.4. ТЕЧЕНИЕ В РАСШИРЯЮЩЕЙСЯ ЧАСТИ КРУГЛ ЫХ СО ПЕЛ В случае прямолинейной звуковой линии параметры течения в расширяющейся части сопла могут быть рассчитаны независимо от звуковая точка располагается вверх по потоку от минимального сечения. Координаты звуковой линии на контуре и оси сопла в ос- НОВНОМ ЗаВИСЯт От Г — — Гт1хн И От ПОКаэатЕЛЯ ИЗОЭНтРОПЫ П 1РИС. 9.5); зависимость их от других факторов 16с, гс, гт) не очень существенная.
Контур радиусной или конической сужающейся части сопрягается с контуром камеры сгорания радиусом г,. Значение г, в основном и определяет особенности изменения параметров потока в этой обтэ ласти. Наиболее существенной особенностью течения является возможность повышения давления на контуре и вблизи него, хотя в среднем поток ускоряется и давление должно уменьшаться. Зависимость гттг -Оа относительного повышения давле- — 3 дв НИЯ На КОНТУРЕ Р=21Р— Рс)/йсшс йг от г1 показана на рис. 9.6, где значению х/г„=0 соответствует входное сеченйе сопла.
Как показывают результаты расчетных и эксперимен- П,1 тальных исследований, максимальные значения р существенно зависят от значения г1/г, и весьма слабо от Оо, г, и показателя изоэнтропы и. и При малых значениях гт(гь(0,6гс) -4з — Д4 э Дэ хаги и больших значениЯх Оо из-за значительных положительных градиентов давления у стенки сопла возможен отрыв пограничного слоя; что интенсифицирует теплоотдачу в стенку н может привести к прогару сопла. Значение угла Оо определяет длину сужающейся части: с увеличением Оо она уменьшается, что благоприятно сказывается нз массе камеры.
Кроме того, значение Оо влияет на интенсивность теплоотдачи от газа к стенке. Параметры течения в трансзвуковой области при ге)0,2гн зависят в основном от гв, зависимость нх от Оо и г, слабая. Распределение давления на контуре р/ро в сужающейся части сопла при 1,25(г(1,5 не более чем на 2о1е отличаетсЯ от РаспРеделениЯ, Рассчитанного ~по одномерной теории, а при г):1,5 эта разница еще меньше. Для сопел с конической сужающейся частью характерна большая неравномерность параметров в минимальном сечении. результатов расчета течения в сужающейся части. Прн наличии угловой точки скорость газа на граничной линии тока возрастает на величину, зависящую от угла поворота потока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
