ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Некоторые свойства системы дифференциальных уравнений газовой динамики из "Газовая динамика " Изучим силовое и энергетическое взаимодействие газа с движу-щимся в нем поступательно с постоянной скоростью телом (или системой тел). Будем предполагать, что газ занимает безграничное пространство и что вдали перед телом он однороден и покоится. Сообщив системе газ—тело поступательную скорость, равную по величине и противоположную по направлению скорости тела, обратим движение, т. е. рассмотрим установившееся обтекание покоящегося тела неограниченным однородным в бесконечности перед телом потоком газа ). [c.118] Для определения силы, действующей со стороны газа на тело, поместим мыс- длинную цилиндрическую трубу, образующие которой параллель-ны скорости набегающего потока (рис. [c.118] Здесь —сила, действующая на обтекаемое тело в направлении набегающего потока. Если сила Ri положительна, то величина Х = есть сопротивление тела если R отрицательна, то величину Т = — Rix называют тягой тела (системы тел). [c.119] Пусть течение газа между сечениями и (y происходит без энергетического взаимодействия с расположенными в трубе телами или с внешними источниками энергии и обратимо. В соответствии с результатами 3 полное теплосодержание и энтропия газа в сечении ef будут при этом постоянны и равны их значениям в набегающем потоке ho = hou s —Si. Но тогда из постоянства давления р в этом сечении следует, что теплосодержание Л(р, s), плотность р(р, s) и скорость V в этом сечении тоже постоянны. Примем дополнительно, что скорость в сечении f направлена вдоль образующей трубы, так что в выражениях (6.1) и (6.3) = 1. [c.119] При постоянных йд и S произведение рУ есть функция одного только давления. Для совершенного газа эта функция изображена на рис. 1.3.6 (согласно 3 аналогичный вид она имеет и в случае нормального газа, удовлетворяющего условию г, см. 1). Видно, что давление р есть двузначная функция от рУ, т. е. при равенстве рУ=р1У1 давление р либо равно Pi, либо отличается от него на конечную величину. Так как по предположению сечение трубы выбрано столь большим, чтобы р отличалось от Pi сколь угодно мало, то следует считать р = pi. [c.119] При p = pi очевидно и У=У1, так что согласно формуле (6.3) / 1д = 0 и, следовательно, сила может действовать на тело лишь в поперечном к набегающему потоку направлении. [c.119] Этот вывод об отсутствии действующей на тело силы сопротивления при обтекании его газом в цилиндрической трубе достаточно большого произвольного сечения и в пределе—в неограниченном пространстве называется, как известно, парадоксом Эйлера—Да-ламбера. [c.120] В случае, если в потоке находится не одно тело, а система тел, сила, действующая параллельно скорости набегающего потока па каждое отдельное тело, не обязана быть равной нулю нулю равна лишь сумма таких сил, приложенных ко 1зсем телам. [c.120] Если при взаимодействии тела с потоком полное теплосодержание и энтропия (или давление торможения) газа изменяются вдоль трубок тока, то сила определенная по формуле (6.4), в общем случае не равна нулю и может быть положительной (и тогда тело при движении в газе испытывает сопротивление X = или отрицательной (тогда на тело при движении его в газе действует сила тяги T = — Rx ). [c.120] Так как при сохранении полного теплосодержания и росте энтропии 5 тело испытывает сопротивление при движении в газе, то возникновение тяги связано в общем случае с ростом Ао при относительном движении газа, т. е. с подводом к газу энергии—механической или тепловой. [c.121] Для полетов в атмосфере Земли (или в газовой среде других планет) используются различные типы двигателей, т. е. устройств, создающих тягу. При взаимодействии элементов таких устройств с воздухом к воздуху подводится энергия тепловая при его нагреве, механическая—при работе винта, вентилятора или компрессора. [c.121] Во всех существующих типах двигателей, создающих тягу при подводе энергии воздуху, источником подводимой энергии является химическое топливо. В будущем может стать возможным использование для нагревания воздуха ядерных источников энергии, а также энергии подводимого дистанционно извне излучения. [c.122] В поршневых двигателях энергия, выделяющаяся в его цилиндрах при горении топливо-воздушной смеси, преобразуется винтом (пропеллером) в механическую энергию, которая сообщается воздуху, создавая тягу. Тяга, возникающая при истечении самих продуктов сгорания топливо-воздушной смеси, при этом незначительна или вообще отсутствует. [c.122] Если тяга создается только при истечении из сопла продуктов сгорания и нагретого ими воздуха, прошедших через тур-бокомпрессорный агрегат, то такой двигатель называется турбореактивным (ТРД). [c.122] При достаточно большой скорости полета, когда необходимое повышение давления воздуха в двигателе перед подводом к нему тепла может достигаться путем торможения воздуха, надобность в компрессоре, повышающем давление воздуха (и в турбине, необходимой для вращения компрессора), отпадает и турбореактивный двигатель превращается в прямоточный воздушно-реактивный (ПВРД). [c.122] Существуют и другие типы воздушно-реактивных двигателей (ВРД), приспособленные для разных условий полета. [c.122] Изложим элементы теории воздушно-реактивных двигателей, включая в их число и двигатель с подводом воздуху только механической энергии в винте (вентиляторе). [c.122] Разделим поток воздуха, в который помещен двигатель, на две части (рис. 1.6.2). Ту часть потока, которая энергетически взаимодействует с элементами двигателя, т. е. к которой подводится энергия—механическая или тепловая, назовем внутренним потоком (ограничен линиями АСВ и АуСуВу на рис. 1.6.2), остальную часть назовем внешним потоком (вне линий АСВ и АуС Вх). [c.122] Силовое воздействие на летательный аппарат в целом оказывают и внутренний поток, и внешний поток. При этом, особенно при больших скоростях полета, силы, действующие на аппарат со стороны внешнего и внутреннего потоков, неразделимы. [c.122] Имея в виду ограничиться в дальнейшем лишь простейшими схемами двигателей, в которых во внутреннем потоке энергия подводится одинаковым образом ко всем частицам (схемы двигателя с воздушным винтом, прямоточного и турбореактивного воздушно-реактив-ных двигателей), применим для внутреннего потока квазиодномерное описание. [c.123] Вернуться к основной статье