Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Из формулы (14.1) можно вывести, что максимум а, совпадает с максимумом величины (14. 22) по,а~ ~ ~,од з э' тнк как определяемые при средней температуре параметры гв ср, Рг близки к постоянным. Комплекс величин (14.22) имеет максимум в сечении с наименьшей площадью, т. е. в минимальном сечении сопла. Аналогичный характер изменения, показанный на рис. п.8, ю. ' Щукин В К. и др. — ПВУЗ.
сер. кдвиац. техника», !976, № 1.— с, 109 — 114. 1?$ Распределение плотности лучистого теплового потока зависит главным образом от изменения статической температуры продуктов сгорания Т. В связи с этим следует ожидать интенсивного падения дл в сопле. Однако на участке до минимального сечения сопла стенки камеры довольно сушественно воспринимают лучистый тепловой поток от продуктов, находящихся в камере сгорания н имеющих высокую температуру. Поэтому падение д„на участке сопла начинается не сразу; это падение очень интенсивно в расширяющейся части сопла, куда лучи из камеры сгорания практически пе попадают. Учитывая приближенность расчета излучения, целесообразно вычислять д только для камеры сгорания.
Величину да в других сечениях камеры можно определить эмпирически. 1. Начиная от входа в сопло до сечения в сужающейся части сопла с диаметром д=1,2 г(„плотность лучистого теплового потока считают постоянной н равной значению в камере д„ч, вычисленному по срелним параметрам газа на входе в сопло.
2. В минимальном сечении сопла плотность лучистого потока принимают равной 0,5 дан. 3. В расширяющейся части сопла принимают, что: а) в сечении с диаметром г(=1,5й да=015 ~1л.к', б) в сечении с диаметром И=2,Ы да=0,04 д~м. На участке камеры сгорания ЖРД, начиная с расстояния 50— 100 мм от головки, плотность лучистого теплового потока постоянна и равна д„ „; непосредственно возле головки 6~=0,25 дам. Типичное распределение д„ для камеры ЖРД показано на рис.
14.8. Лучистый тепловой поток в стенку камеры сгорания РДТТ дополнительно зависит от компоновки заряда в двигателе. Изменение плотности суммарного теплового потока определяется изменением д„ и да. Для него характерно небольшое смешение максимума от минимального сечения в сторону сужающейся части сопла. Итак, в любом случае наиболее термически напряженной является зона минимального сечения сопла, которая нуждается в эффективной защите. Абсолютное значение д зависит прежде всего от вида применяемого топлива н температуры его продуктов сгорания. Для каждого топлива максимум д получается при соотношении компонентов топлива, соответствующем максимальной температуре продуктов сгорания.
Давление существенно влияет на плотность теплового потока (рис. 14.9). С ростом давления увеличивается плотность рабочего тела о и величина ого, от которой в основном зависит плотность конвективного теплового потока. Так как величина д„ пропорциональна (огв)да, то, следовательно, д„-рва. Зто же видно и из более строгой формулы (14.4). Влияние давления на плотность лучистого теплового потока определяется главным образом зависимостью степени черноты газа от давления. 176 Как видно из рис. (4.8, соотношение между конвективным и лучистым тепловыми потоками меняется по длине камеры. Наибольшая доля лучистого теплового потока приходится на камеру сгорания. Эта доля возрастает для продуктов сгорания высокоэнер«-Рис. 14.4. Распренелепие плотности тепловых истоюа по трактр камеры Рис.
14.В. Зависимость максимальное плотности тепловою потока от Вавнеинв а каме. ре сторанпп: 1 — теиппае [ОС), + [Нт! м[ 2 — тОПЛВВО [От!и+керосин Рва[[И([я гетических топлив, топлив с большим содержанием конденсата и для камер больших размеров. Некоторые ориентировочные Значения плавности теплового потока по длине сопла следующие: входное сечение — д=(2...
10) !О' Вт/мт; в =(07... 0,9)в; минимальное сечение — в=(40... 160).10' Вт/мт, д,=(085...095)сд выходное сечение — в=(05...3) -10а Вт[ыв, д =(097...099)в. Глава ХУ ОТРЫВНЫЕ ТЕЧЕНИЯ В СОПЛАХ 15.!. ОТРЫВ ПОТОКА В КРУГЛЫХ СОПЛАХ НА РЕЖИМАХ ПЕРЕРАСШИРЕИИЯ !а. 1. 1. ФизическАя картИнА тЕЧениЯ Как отмечалось в гл. И, на режимах со значительным перерасширением, когда давление окружающей среды ры существенно превышает расчетное давление на выходе из сопла рп и степень нерасчетности и достигает предельного значения, поток отрывается от стенок сопла.
Это явление необходимо учитывать при расчете тяговых характеристик двигателя, теплоотдачи в стенки сопла. прочности сопла и др. Причиной отрыва потока является наличие пограничного слоя, по дозвуковой части которого возмущения из внешней среды имеют возможность передаваться вверх по потоку. При лт(гп запас с кинетической энергии в пограничном слое достаточно велик, п[мд 177 чтобы преодолеть перепад давлений в скачке нерасчетности на срезе сопла, и отрыва не происходит. При т)гл,ч д, как показал Г.
И, Петров, происходит отрыв потока и вглубь сопла начинает двигаться мостообразный скачок уплотнения.- Заметим„что если от стенок сопла удалять пограничный слой, например, путем отсоса, то безотрывное течение в сопле будет существовать при увеличении степени нерасчетности до тех пор, пока на срезе сопла не образуется скачок уплотнения, близкий к прямому. Предельная степень нерасчетности, соответствующая возникновению отрыва в этом случае, может быть приближенно определена по'формуле для прямого скачка уплотнения по известным параметрам на срезе сопла [Ц: 2л г л — ! гп„г,„= — М,— — . л+1 л-! ! Для типичного случая значения т„р,л, вычисляемое по данной формуле, составляет около 20, что значительно больше реальных значений, равных 3 — 4. Из этого примера видно; какое влияние оказывает пограничный слой на отрыв в сопле. Для того чтобы рассчитать тягу при течении в круглом сопле с отрывом потока, необходимо знать положение сечения отрыва и распределение давления по соплу ниже этого сечения.
Отметим, что четко выдслить сечение отрыва затруднительно, так как отрыв в круглых соплах, как правило, характеризуется существенной неравномерностью по периметру сопла и нестационарностью. Неравномерность и нестацпонарность отрыва наиболее характерны для сопел ракетных двигателей больших тяг и еще недостаточно изучены. Поэтому при рассмотрении течения с отрывом потока в круглых соплах пока предполагают, что сечение отрыва стационарно. На рис. !5З представлены схема течения с отрывом потока и качественный характер распределения давления вдоль контура сопла.
На участке отрыва давление имеет существенно большее значение, чем при безотрывном течении (штриховая линия), поэтому тяга круглого сопла на режиме перерасширения с отрывом потока выше, чем при безотрывном перерасширении. Анализ результатов экспе.-„у;--;- рпментов в соплах с отрывом показал, что можно выделить Р две количественные характе- Рн ! ристики отрывного течения Ф ! это — отношение давления за ! Р скачком, вызывающим отрыв, рм к давлению в невозмущен- Р! ном потоке р! перед сечением отрыва, а также отношение давления окружающей среды рп к давлению рг. Зная эти две характеристики течения, !тв можно найти положение сечения' отрыва и распределение давления в области отрыва, а по ним рассчитать тягу.
Многочисленные .экспериментальные исследования отрывных течений позволили установить, что отношение рй/р1 соответствует так называемому кр итическому перепаду, не зависит от типа отрывного течения в сверх- (15. 1) 179 звуковом потоке и является некоторой обобщенной закономерностью отрывных течений. В случае турбулентного погра- ; г,р о1н м, пичного слоя критический перепад зависит главным образом от рна тай.
Заниеимоеть армилиато начисли й4аха К1 в невозмущенном Репина аанленнй от числа мн потоке перед областью отрыва н т — тррбтлентный потрлничный елей; й— ламинарный пограничный олой; 3 — отноего МОжнО Определить по следую- шение наанений е примем енечие щей эмпирической формуле (1): аМ, (рй/рс)„р= 1+0,2 (Мй 1)а м' При ламинарном пограничном слое критический перепад зависит еще и от числа Рейнольдса: мМ (Рй1'Р,),р — — 1+ 0,94 —, ~(М~ — 1) Вел) ' (15. 2) где 1(е = — ~ гаий,,г(х — эффективное число Рейнольдса, опредеЧетгй О ленное по текущей координате к вдоль образующей сопла от начала развития пограничного слоя до сечения отрыва; г †текущ РадиУс; т1ет, оот — вЯзкость и плотность газа пРи теМпеРатУРе стенки; й — текущее значение скорости на внешней границе пограничного слоя, Зависимости критического перепада для турбулентного и ламинарного пограничных слоев от числа Мь рассчитанные по формулам (15.1) и (15.2), представлены на рис.
15.2. Там же показаны схемы отрывных течений, для которых справедливы данные зависимости. Определение отношения давлений в области отрыва рн(рй в настоящее время возможно также только на основании экспериментальных исследований. Эксперименты показывают, что отношение рн)рй в общем случае зависит от длины и формы контура сопла. Так, для конических сопел с углом раствора 2О~~ЗО' можно принять рй рн. Это означает, что та часть сопла. которая находится за сечением отрыва, как бы исключается нз работ. Числа Маха в сечении отрыва Мь а следовательно, и само сечение отрыва в этом случае может быть определено по известной степени нерасчетности т=рн(р, следующим образом: — '(Рг(Р ).г=т, (15.
3) п(Мг] где п(М) =(1+" Мг)' —" — газодинамическая функция давления. 2 Течение с отрывом в конических соплах с углом раствора 2а<30' характеризуется значительно ббльшим перерасширением потока в сопле. Эксперименты показывают, что в этом случае давление за скачком отрыва рг существенно зависит от угла раствора сопла 2а и степени нерасчетности т и может составить рг= (0,3... 0,9) рн. В работе [63) на основании обобщения экспериментальных данных по течению с отрывом в конических соплах (2а<30') приведена следующая эмпирическая зависимость для определения РнГРг'. рн!Рг ф.+(О, 192 — — 0,7) (1 — — ')] . С учетом формулы (15.4) получается следующее уравнение для определения числа М~ в сечении .отрыва в конических соплах (2а<30'); (10. 4) —,( — ) ~1+(0,192 — ' — 0,7) (1 — — "'1]= . (15.
5) г80 Течение с отрывом потока в профилированных соплах сложнее и изучено меньше, чем в конических соплах. В настоящее время для профилированных сопел отсутствуют методы, позволяющие определить место сечения отрыва и распределение давления в области отрыва. Поэтому при расчете течений с отрывом в профилированных соплах приходится пользоваться соотношениями, полученными для конических сопел. Вели пренебречь влиянием формы контура на течение в области отрыва, то контур профилированного сопла за точкой отрыва можно заменить условной конической поверхностью, образующая которой проходит через точку отрыва н срез сопла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
