Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Такая схема расчета течения с отрывом в профплированном сопле представлена на рис. 15.3. Из рис. 15.3 видно, что на режимах с малой степенью нерасчетности сечение отрыва близко к срезу сопла и в этом случае может мало отличаться от течения в коническом сопле с малым углом раствора 2а. С увеличением степени нерасчетности т угол раствора такого условного сопла увеличивается и может стать больше 30'. В этом случае ргжрн и положение сечения отрыва можно оценить так же, как и для конического сопла с углом 2а= 30 .
При нахождении распределения давления на стенке сопла в области отрыва обычно предполагают, что на участке р~ — рг давле- Рис Мб Рис. 1б.з. Схема апределевив сечевив отрыва в пробгилироеаииом сопле Рис. 1б.а. схема течеиив с отрывом патока е сопле при наличии еиемиего обтеваиив ние меняется скачкообразно, а изменение давлении на участке Ра — Ри — линейное (см.
рис. 15.1). При наличии внешнего обтекания расчет распределения давления для течения с отрывом потока несколько осложняется. В этом случае сечение отрыва потока в сопле, а следовательно, и тига будут определяться не давлением окружающей среды р11, а давлением в кормовой части летательного аппарата — донным давлением р„(рис. 15.4). Донное давление, как правило, меньше давления окружащей среды и в общем случае зависит от многих факторов: параметров внешнего потока, конфигурации кормовой части летательного аппарата, количества выхлопных струй и их параметров, вдува в донную область продуктов газогвнерации и др.
Определение донного давления расчетным путем с учетом всех перечисленных выше факторов затруднительно. Однако, как показывают эксперименты, при работе сверхзвукового сопла на режимах перерасширения донное давление слабо зависит от параметров выхлопной струи. Для конфигурации кормовой части, показанной на рис. 15.4, при сверхзвуковой скорости полета донное давление приближенно может быть определено по формуле Р,=о,545Р„1мпл, (15.
5) где Мп — число Маха, соответствующее скорости полета. 1к1. к тягл нл режиме пврврлсширеиия С ОТРЫВОМ ПОТОКА Тягу камеры на режиме перерасширения с отрывом потока удобно представить следующим образом: Р= Р1+ Ра+ Рб. где Р, — составляющая тяги от действия сил давления на внутреннюю поверхность камеры до сечении отрыва; Рб — составляющая тяги от действия сил давления на внутреннюю поверхность камеры на Участке от сечениЯ отРыва До сРеза сопла; Рб= — Г,РП вЂ” сила, возникающая от действия давления на наружную поверхность камеры, Составляющая тяги Р, приближенно может быть определена по параметрам потока в сечении отрыва в предположении одномерного течения в сопле. Следует отметить, однако, что течение в про- 18) филироваиных соплах и конических со значительным углом раствора характеризуется существенной неравномерностью параметров потока в поперечном сечении сопла, и определение Р, в одномерном приближении может быть сделано с погрешностью до нескольких процентов (см.
гл. 1Х). В этом случае необходимо воспользоваться результатами двухмерных (осесимметрггчных) течений в сопле. Такие результаты обычно приводятся в таблицах контуров сопел. Заметим, что при определении сечения отрыва за число М1 в этом случае необходимо принимать число Маха на линии тока, выбранной в качестве контура. Составляющая тяги Р2 определяется интегрированием распределения давления по поверхности сопла за сечением отрыва, тэзд ОТРЫВНЪ|Е ТЕЧЕНИЯ ЗА ТОРЦЕВЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ В СОПЛАХ С РЕЗКИМ ИЗЛОМОМ КОНТУРА В последние годы в связи с потребностями ракетной техники существенно расширились представления о сверхзвуковых соплах.
Кроме обычного круглого сопла Лаваля, нашедшего широкое применение, исследуется возможность применения ряда новых типов сопел РД. К ним следует отнести сопла изменяемой геометрии. кольцевые сопла, неосеси~мметричные сопла и многие другие. Проектированиеи примененнетаких типов сопел вызвали интерескисследованию отрывных течений за торцевыми поверхностями„ или тзк называемых донных течений.
С такими течениями, в частности, приходится иметь дело при проектировании круглых сопел с изломом контура, качающихся сопел и кольцевых сопел с укороченным внутренним контуром. 16. 2. 1. СОПЛО С ВЫДВИЖНЫМ НАСАДКОМ Тяга такого согла (рис. !5.5) складывается из тяги основного сопла, донной тяги, равной интегралу давления на торцевую поверхность, а также тяги, «снимаемой» с контура выдвижного насадка. Применение сопла с выдвижным насадкою позволяет улучшить тяговые характеристики ракетного двигателя путем регулирования степени расширения сопла, а также сократить стартовые осевые габариты летательного аппарата.
Кроме того, как показывают эксперименты, характеристики сопла при этом можно повысить с помощью вдува в область за торцевым уступом малого расхода вторичного газа, например, продуктов газогенерации. Такой вдув позволяет увеличить давление в отрывной донной области и, следовательно, тягу всего сопла. Рассмотрим работу сопла с выдвижным насадком, Схема течения и характер распределения давления на стенке насадка в зависимости от расхода вдува (й'=О и д~О) показаны на рис.
15.6,а. В отличие от рассмотренного вразд.!5.2течениясотрывом в круглом 'сопле в данном случае сечение отрыва нам известно, Тем не менее расчет параметров в отрывной донной области остается еще очень сложной задачей. Для упрощения анализа при рассмотрении аа Р с ь М lу м, дФК Рис. тл.5. двнтатела с выд- вижным пасадины: ! — оснопное соиле; р — насадок в нерабочем ноложеппи;  — насадок в рабочем поло. женин Рис. !5.Н.
Сиена течении в сопле с выд- вижным ивсадком процессов за сечением отрыва область донного течения удобно разбить на следующие подобласти. 1. Невозмущенный сверхзвуковой поток перед точкой отрыва В. 2. Разворот потока в веере волн разрежения у кромки В. 3. Вязкий слой смешения. 4. Донная, или застойная, зона. 5. Область присоединения оторвавшегося потока.
Такая разбивка течения на подобласти условна, но она позволяет приближенно описать процессы в каждой из подобластей и, следовательно, во всей отрывной области. На практике широкое распространение получили методы расчета параметров течения, основанные на использовании некоторых универсальных свойств отрывных течений, слабо зависящих от структуры и типа отрывного течения, Один из таких методов, основанный на понятии критического перепада давления, использовался при расчете параметров отрыва в круглых соплах. Рассмотрим аналогичный метод по определению донного давления в сопле с выдвижным насадком. В этом.методе в качестве основного параметра, позволяющего решить задачу„вводится понятие допустимого угла поворота потока в области (точке) присоединения 6 .
Донное давление вычисляется методом последовательных приближений таким образом, чтобы граничная линия в точке пересечения с контуром (точка Р на рис. 15.6,б) имела угол Од. Величина допустимого угла поворота потока 6 „может быть определена на основании обобщения многочисленных экспериментальных данных по течению с отрывом, а также из расчетов по методу разделяющей линии тока (85.1 Исследования показывают, что значение угла 0 д слабо зависит от типа отрывного течения н определяется числом Маха М, на граничной линии тока невязкого потока, а также относительным расходом вдуваемого вторичного потока в донную область: (вп) „й 12+ 2,76Ма (рп), 1 и — 1 1+ — М 2 183 вд Р 2 Еяь 1ЕЕ яудтяяядя Вд 22 М„я !Б.
2. 2. УКОРОЧЕННОЕ КОЛЬЦЕВОЕ СОПЛЮ Задача по определению донного давления встречается также при проектировании некоторых типов кольцевых сопел с укороченным внутренним контуром, а также тарельчатых сопел. Эксперименты и расчеты показывают, что в кольцевых соплах со значительно укороченным контуром благодаря донному давлению создается 20 — 30% тяги. Поэтому точность расчета тяговых характеристик двигателя во многом зависит от точности определения донного давления.
Рассмотрим кратко основные особенности работы укороченных сопел на различных режимах их работы (рис. 15.8). Саморегулирование степени расширения, характерное для кольцевых сопел, н этом случае осуществляется изменением донного давления при изменении давления окружающей среды. В зависимости от того, как связано донное давление с давлением окружающей среды, различают режимы работы сопла с замкнутой донной областью и режимы с открытой донной областью. Режимы с замкнутой донной областью возникают при недорасширении, на расчетном режиме и при некотором перерасширенин и характеризуются тем, что донное давление не зависит от давления окружающей среды.
Об- 284 где 1 — длина граничной линии тока ВВ в у-Р ' области отрыва; л — высота донного торца; (ои)„ М, — параметры на граничной ли- 7Р нии невязкого потока. Р,1 Зависимость допустимого угла поворота 72 потока в области присоединения Од от М, н й показана на рнс. 15.7. —— ' РД д Порядок определения донного давления следующий: 4 1) задается значение донного давления рд(рь которое принимается постоянным для области АВО (см. рис. 15.6, б); 2) для выбранного значения давления 7 Ф ХВ2 рд рассцитываются (методом характеристик) параметры граничной линии невязкого е и ~ потока в донной области: М„(ои), и др., а также координаты этой линии (линия В0); 3) вычисляется значение и, затем по графику рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
