Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 39
Текст из файла (страница 39)
15.7 опреде ляется значение й д,. 4) проверяется условие совпадения угла наклона граничной линни тока в точке пересечения с контуром с углом йд, который найден по графику. Если последнее условие не выполняется, то задается новое значение донного давления и расчеты повторяются до тех пор, пока пе будет достигнуто совпадение углов.
ласть донного течения на этих ~д режимах замыкается кромочным " . та скачком АС (см. рис. 15.8, а). з над При увеличении давления окру- 'и ~~и; -с . ~;, с жающей среды наружная граница струи поджимается, а кромочный скачок начинает перемещать- 1 % ся в направлении к донному тор- рд ра цу. На режиме перерасширения, х начиная примерно с того момен- Ь~ д та, когда кромочный скачок АС ,пересечет след Р, донная область р» открывается и донное давление ст начинает зависеть от давления и" окружающей среды. Донное течение на этом режиме гораздо СЛОЖНЕЕ И СущсетВЕННО ЗаВИСИт а — ааикнутая дскиая область: б — ат- ОТ Стснсин НЕРаСЧЕТНОСТИ (СМ, кРыта» диииая область рис.
15.8, б), Для определения донного давления на режиме с замкнутой дон- ной областью можно воспользоваться изложенным выше методом допустимого угла поворота потока Вд. Однако в этом случае необ- ходимо знать радиус точки присоединения гш в которую приходит граничная линия невязкого потока В0 (см. рис. 15.8,а). Согласно экспериментальным данным его можно принять равным половине радиуса донного торца гв. Эксперименты показывают также, что на режиме с открытой донной областью донное давление незначи- тельно отличается от давления окружающей среды и приближенно их можно принять равными (рджрн). ри 1БЗ.
НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОТРЫВ ПОТОКЛ В СОПЛЕ Одним из эффективных способов управления вектором тяги (УВТ) ракетного двигателя является так называемый газодинамический способ, которому уделяется большое внимание. Этот способ основан на создании локальных зон повышенного давления на стенке сопла с целью создания бокового усилия. Для этого в основной сверхзвуковой поток вдувается струя жидкости нли газа илн вводится твердое препятствие. Взаимодействие струй или препятствий с основным потоком приводит к отрыву потока и возникновению сложного пространственного течения. На рис. 15.9 в качестве примера показаны две схемы УВТ с помощью введения щитка в сверхзвуковой поток, а также с помощью поперечного вдува газа через щель.
Там же показан характер распределения давления вдоль оси сопла. Из первой схемы УВТ видно, что в некоторой точке перед щитком происходит отрыв потока от стенки сопла и образуется передняя застойная отрывная зона. В точке отрыва возникает скачок уплотнения АВ, который сливается с криволинейной ударной вол- ной СВ.
Возникновение боковой силы (в данном случае это сила аэродинас мического взаимодействия) обусловле- но появлением перед щитком зоны по- 1 вышенного давления. Проекция боко- вой силы на ось, перпендикулярную а оси сопла, может быть определена сле- дующим образом: р ~ ~ь Р= ~(р~ — р„)созпЫЮ, 1 8 р» где рз — давление в области отрыва; г р — давление в невозмущенном потор -с ке; Я вЂ” площадь области отрыва; а— Ю угол между осью сопла и касательной к его стенке. р»с, уд, с»»щы у»р»»»»»»»»»«~» Течение в области отрыва при поперечном вдуве газа через щель практически не отличается от течения перед »»т ' щитком, однако в этом случае кроме силы аэродинамического взаимодейст- силы участвует также реактивная сила вия в создании боковой вдуваемой струи Р =1триг+ргР,)сова. Суммарная боковая сила равна Р =Р+Р.
Для расчета боковой силы необходимо определить площадь зоны отрыва, а также распределение давлений в ней, Определение их в общем случае затруднено сложным пространственным характером отрывного течения. Однако при использовании рассматриваемых схем УВТ, например, для плоского сопла Лаваля или «линейного» сопла с плоским центральным телом, течение в области отрыва можно считать плоским, а влиянием краевых эффектов, обусловленных конечной длиной щитка или щели, можно пренебречь.
В этом случае площадь отрыва и давление на ией могут быть определены на основании уже рассмотренного ранее понятия «критического» перепада давлений. Эксперименты показывают, что давление в области отрыва можно приближенно принять постоянным и вычислять по критическому перепаду давлений в скачке отрыва АВ.
При плоском течении для определения площади отрывной зоны достаточно определить ее длину с..=й.Мй. где Ь» — высота эквивалентного препятствия; й — угол поворота в скачке отрыва. Высота эквивалентного препятствия в первой схеме УВТ равна высоте щитка„а во втором случае приближенно может быть рассчитана по формуле йэ=0,54~/Ьз~р~~)р„, где,Ы; — ширина щели вдува в см; ра; — полное давление перед соплом вдува в Па. При определении угла 8 сначала подсчитывается угол наклона скачка отрыва 8= агсз1п а из соотношения определяется угол 6; значение 1рэ/р~)„р вычисляется по формулам (15.1), (15.2). Рассмотренные два способа УВТ обладают рядом недостатков. Так, например, при вводе щитка в сверхзвуковую струю имеют место значительные потери тяги, обусловленные разностью давлений иа переднюю и заднюю поверхности щитка.
Серьезную проблему представляет также выбор материала щитка и обеспечение его термостойкости. Второй способ УВТ представляется более эффективным, чем первый. Основным его недостатком является относительно небольшая величина площади зоны отрыва и бокового усилия. Значительно ббльшую область отрыва, а также ббльшую боковую силу можно получить при вдуве газа в расширяющуюся часть сопла па некотором расстоянии от его среза (рис.
15.10). Физическая картина в этом случае несколько сложнее, чем в рассмотренных двух способах УВТ, и менее изучена. Течение в отрывной области перед струей носит сложный пространственный характер, однако качественно мало отличается от течения в уже рассмотренных схемах отрыва. Ниже отверстия вдува по потоку пространственное течение обладает преимущественно свойствами донных течений, или отрывных течений, образующихся в кормовой части тел, обтекаемых сверхзвуковым потоком. Как показано на рис.
15.10, непосредственно за струей образуется область с пониженным давлением, что приводит к некоторому уменьшению боковой силы. На всехдругих участках возмущенной зоны давление выше, чем в невоэмущеином потоке на противоположной стороне сопла. При увеличении расхода вдуваемого газа размеры зоны павыШениого давления, а также боковая сила увеличиваются до тех пор, пока эона возмущения не переместится на другую, протнвополож- 187 ную отверстию вдува сторону сопла.
В этом случае уменьшается несимметричность распределения давления, а следовательно, и боковая сила. Расход вдуваемого газа и место вдува, обеспечивагощие максимальную боковую силу, очевидно, будут соответствовать такой .конфигурации криволинейной ударной волны СВ, когда точки пересечения последней со стенками сопла в плоскости выходного сечения расположены на диаметре, как показано на рис, 15.11. Рис. 15.10. Стима вдува гала в расширяюигуикя часть сопла: ! — со вдувом; 2 — беа вдува Ртю. 1юг.
орласто попа сивого дав ев я при адуве в расширяющуюся пасть сопев, соответствующая максимальному расходу вдува 212Рскт скачка Кроме того, величина боковой силы зависит и от многих других факторов. К ним следует отнести термодинамические параметры основного и вдуваемого газов (РТ), наличие конденсата в потоке, угол наклона сопла вдува по отношению к оси сопла и т. п. Определение боковой силы расчетными методами с учетом всех указанных факторов в настоящее время не представляется возможным.
Поэтому'обычно используют экспериментальные данные: Р АРР! где ду — экспериментальная константа, получившая название коэффициент у си л ен и я. Коэффициент усиления показывает, во сколько раз боковое усилие превышает импульс вдуваемой струи, или другими словамн,— роль аэродинамического взаимодействия в создании бокового усилия. От него зависят расход вдуваемого вещества, необходимый для создания требуемого бокового усилия, а также масса и габариты системы вдува. Наряду с коэффициентом усиления для более полной характеристики' вдува как способа УВТ вводится еще один коэффициент, получивший название коэффициента к а ч ест в а: й=Р (гаР. Этот коэффициент показывает, к каким потерям тяги ЬР основного сопла приводит вдув в расширяющуюся часть сопла.
Потери тяги ЬР вычисляют как разность между тягой Р~о2, которую можно было бы получить, если бы вдуваемое вещество использовалось для создания тяги при подаче его в камеру сгорания, и тягой Р, получаемой прн наличии системы вдува с учетом проекции на ось сопла боковой силы. Экспериментальные зависимости коэффициентов А и й от относительного расхода вдува и от расположения места вдува показаны на рис. 15.12 и 15.13"'. Эксперименты проведены на воздухе, а также на топливе «воздух — керосин» и твердом топливе. Вдув производился через единичное отверстие, энергетические характеристики основного и вдуваемого газов были одинаковые. лр,д 2,0 10 " 0 7,0 2,0 г0 0,0 0,0гйу.,й,д Рис.
16.12. зависимость ноевфнннентов и и а от относителввото распада адуве Рнс. 1З13. зависимость новоанп1непттм дт н от расположении мест вдула по длине сейла 0- 02 02 00 0« Ер!Е 189 Заметим, что один и тот же расход вдуваемого газа можно создать за счет из1ленения площади проходного сечения как при большом, так и при малом значении давления торможения на входе в сопло вдува рш. Эксперименты показывают, что коэффициенг усиления практически не зависит от роь числа Маха на срезе сопла вдува и формы этого сопла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
