Газодинанамика в одно- и двухфазных течений в реактивных двигателях (562026), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Каждая точка такой поверхности будет источником возмущения. (Более подробно см. 128].) 6.6. Отражение и пересечение характеристик 6.6.1. Отражение характеристики от плоской стенки. Пусть на плоскую стенку АНБ (рис. 6 5) падает характеристика разрежения ОН. Движущийся параллельно стенке АНБ поток со скоростью М > 1 должен отклониться от стенки на характеристике ОН на угол до и увеличить скорость до М1. В результате в точке Н между новым направлением потока и стенкой обра- Н Рнс.
6.5. Отражение характеристики разрежения от стенки зуется внешний тупой угол 180 + ао. Поэтому в точке Н возникает характеристика разрежения НК, на которой поток поворачивает на угол ао по направлению к стенке и становится опять параллельным ей. При этом скорость увеличивается до М . Таким образом, при отражении от стенки сохраняется тип характеристики, возмущения, увеличивается скорость М2 > М " оов с'о При падении на стенку центрированнс-ч волны разрежения (рис. 6.6,а) вследствие увеличения скорости и уменьшения углов наклона характеристик отраженные характеристики расходятся веером. Для предотвращения отражения характеристик достаточно спрофилировать поверхность так, чтобы в месте падения каждой характеристики стенка отклонялась бы на угол поворота потока на характеристике (рис.
6.6,б). В отличие от характеристик разрежения характеристики сжатия сходятся при отражении. Это может приводить к образованию ударных волн за счет сложения множества характеристик сжатия. 6.6.2. Отражение характеристики от границы свободной струи. Рассмотрим центрированную волну разрежения, образованную в точке излома поверхности АС движущимся вдоль 147 Рис. 6.6. Отражение цеятрированной волны разрежения от стенки этой поверхности сверхзвуковым потоком М > 1 (рис. 6.7). Сверхзвуковой поток отделен поверхностью тангенциального разрыва скорости ГН от неподвижного газа М = О. На характеристике Сн поток увеличивает скорость и снижает давление до р < р . Поскольку жидкая граница ГН не может удерживать 1 я Г М; —.О В Рис. 6.7. Взаимодействие центрированной волны разрежения с границей свободной струи перепад давления Ьр = р — р1, то в точке Н возникает отраженная характеристика сжатия НЕ, восстанавливающая давление до р .
В результате давление по обе стороны жидкой границы будет одинаковым и равным р . Как было отмечено, характеристики сжатия сходятся и возможно образование скачка уплотнения. Таким образом, при опхражении ош жидкой зраницы тип характвриспшки возмущения изменяется на протпивополажиый. 148 6.6.3. Пересечение характеристик. Рассмотрим (рис. 6.8) пересечение характеристик, образованных в плоском параллельном потоке вершинами внешних тупых углов С и С', обращенных друг к другу ~2~. Поверхности Н'В' и НВ спрофилированы гак, чтобы падающие на них характеристики не отражались. В' Ь' В Рис. 6.8. Пересечение характеристик Будем называть характеристики разрежения НСВ характеристиками перво~о семейства., а характеристики Н С В вЂ” характеристиками второго семейства.
Характеристики первого и второго семейства пересекаются и взаимодействуют в области 1-2- 3-4. Сверхзвуковой поток вдоль линии тока аЬ сначала пересекает характеристики первого семейства, ускоряется и поворачивает против часовой стрелки, затем движется без изменений параллельно прямолинейной стенке СН' и потом ускоряется в характеристиках семейства НСВ, поворачивая по часовой стрелке до первоначального положения. Газ вдоль линии тока аЪ' последовательно ускоряется в характеристиках то одного, то другого семейства, чуть отклоняясь то в одну, то в другую сторону от оси.
В области 1-2-3-4 характеристики искривляются, так как поток подходит к ним с различными скоростями. Особенностью рассмотренного течения является наличие однородно- 149 го течения сверхзвукового потока в области ЗВ"В"В. Она называется ромбом измерений и обычно используется в аэродинамических трубах для исследования обтекания моделей сверхзвуковым потоком.
С другой стороны, пример иллюстрирует л~етод характеристик, используемый для профилирования сверхзвуковых частей сопел Лаваля [11]. 7. АНАЛИЗ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В РЕАКТИВНОМ ДВИГАТЕЛЕ И ЕГО ЭЛЕМЕНТАХ 7.1. Двигатель 7.1.1. Назначение реактивного двигателя. Принцип реактивного движения. Перемещение летательных аппаратов тяжелее воздуха невозможно без движущей силы, которая в дальнейшем будет называться силой тяги, или просто тягой. Устройством, обеспечивающим получение тяги, является двигатель.
Сила тяги двигателя создается на основе принципа реактивного движения, основанного на втором и третьем законах механики Ньютона. Третий закон гласит [31]: при взаимодействии двух тел сила, действующая на второе тело со стороны первого, равна по величине и противоположна по направлению силе, действующей на первое тело со стороны второго, или кратко: действие равно противодействию. Одна из сил обычно называется силой реакции силы на действие другой.
Примером может служить отдача орудия во время выстрела. Сила реакции создается в данном направлении (отдачи орудия) за счет увеличения скорости некоторой массы (пороховых газов и снаряда), движущейся в противоположном направлении. Здесь проявляется и действие второго закона, который формулируется так [32]: отнесенное к единице времени изменение количества движения системы (материальных точек) равно сумме сил, действующих на эту систему извне.
Изменение количества движения системы (в данном случае орудия) за счет отбрасывания массы (пороховых газов и снаряда) приводит к появлению силы реакции, отбрасывающей орудие в направлении„противоположном направлению полета снаряда Сила реакции, действующая на орудие, равна и противоположна силе, ускоряющей пороховые газы и снаряд. Таким образом, сила,в частности сила тяги двигателя, может быть создана только при изменении количества движения системы за счет реакции отбрасывания массы, в качестве которой может быть использовано рабочее тело двигателя.
Различают двигатели прямой реакции, когда сила тяги создается непосредственно за счет реакции потока газа, вытекающего из двигателя, и двигатели непрямой реакции, когда сила тяги создается винтом. Тяга винта также создается за счет реакции больших масс воздуха, отбрасываемых винтом. Двигатели прямой реакции называют обычно реактивными двигателями. Среди них выделяют два типа: не использующие рабочее тело окружающей среды (воздух, вода) для организации рабочего процесса и создания тяги (ракетные двигатели) и использующие рабочее тело окружающей среды (воздух, вода) для организации рабочего процесса и создания тяги.
Такие двигатели называют реактивными, добавляя к названию в зависимости от используемой среды еще одно слово: — воздушна-реактивные двигатели (ВРД), использующие воздух„ — гидрореактивные двигатели (ГРД), использующие воду. Использование массы окружающей среды ограничивает применение двигателя рамками этой среды, однако позволяет иметь наилучшую экономичность среди реактивных двигателей. 7.1.2. Физика образования тяги. Е1еобходимые условия получения тяги.
Рассмотрим образование тяги в воздушно-реактивном двигателе, т. е. в двигателе, использующем воздух для организации рабочего процесса. Образование силы тяги происходит за счет отбрасывания массы газообразного рабочего тела с высокой скоростью ~о в виде струи, истекающей из двигателя. Для получения такой струи в двигателе используется секундная масса воздуха С~, входящая в двигатель со скоростью летательного аппарата ю„. В первом приближении можно полагать, что масса входящего воздуха С и масса истекающей струи одинаковы. Тогда для получения силы тяги Р в соответствии с уравнением количества движения имеем Скорость на выходе из двигателя ~с должна быть больше скорости на входе в двигатель ш (в ракетном двигателе достав точно получить любую скорость истечения), т. е.
(7.2) ко - ~о с в Увеличение скорости го может быть получено за счет подвос да энергии — например, сгорающего топлива. Для подвода тепловой энергии и превращения ее в работу, необходимую для увеличения кинетической энергии рабочего тела в истекающей струе, необходима тепловая машина. На рис. 7.1,а показан цикл простейшего (бескомпрессорного) ВРД-двигателя в РЧ-координатах. Процесс Н-1 соответствует сжатию рабочего тела от параметров окружающей среды (точка Н); процесс 1-2 — подвод тепла; процесс Л-С вЂ” совершение работы расширения газа; точка С соответствует условиям на выходе из двигателя. В процессе 2-С энергия рабочего тела, полу- Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
