ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сверхзвуковые сопла с различной формой дозвуковой части из "Аэрогазодинамика реактивных сопел " Длина образовавшейся локальной отрывной зоны в сверхзвуковой части за критическим сечением сопла относительно невелика и не превышает 10% от диаметра критического сечения (рис. З.бОе). [c.122] С ростом давления (или степени понижения тг ) уровень статического давления на стенке дозвуковой и сверхзвуковой части в целом монотонно возрастает по отношению к давлению в окружаюгцей среде (рис. 3.61а). Поскольку течение в большей части сверхзвукового сопла и в дозвуковой части автомодельное, т. е. не зависит от давления в окружающей среде, то в этих областях сопла статическое давление на стенке, отнесенное к полному давлению в сопле, не зависит от величины тг , за исключением области в районе среза сопла при небольших перепадах давления 71 3,75 (рис. 3.616). Как видно на рис. 3.61а, так и рис. 3.616 при тг 3,75 для рассматриваемого варианта сопла в сверхзвуковой части у среза возникает отрыв потока, который сопровождается повышением давления до давления в окружающей среде. С уменьшением величины 71 отрыв потока все больше перемещается внутрь сопла от среза к критическому сечению. Характерно, что при степени понижения давления Пс меньше критического значения (тг 1,89 для = 1,4) в связи с наличием угловой точки в критическом сечении имеет место значительный локальный разгон потока до сверхзвуковой скорости (до чисел 1,75), характеризующийся резким снижением статического давления в районе критического сечения с последующим торможением потока и ростом давления в возникающем за критическим сечением скачке уплотнения (см. схему на рис. 3.60а). После достижения некоторой максимальной величины, давление на стенке сопла снова начинает уменьшаться в связи с общим разгоном потока в сверхзвуковой части, как это имеет место в обычных сверхзвуковых соплах. [c.125] Отличительной особенностью варианта сопла с 0 р = 90° является практически постоянная величина статического давления в дозвуковой части в районе критического сечения сопла, тогда как у сужаюгцейся конической дозвуковой части наблюдается плавное падение давления, связанное с ускорением газового потока при движении его в сужаюгцемся участке (рис. 3.61). [c.127] На рис. 3.63 указаны также три типа зон отрыва в районе угловых точек контуров исследованных вариантов сопел в соответствии с данными визуализации течения (рис. 3.16, 3.58-3.60). Небольшая отрывная зона (А) возникает в начале сужения конической дозвуковой части с 0 р = 34,5°, зона отрыва (Б) характеризует дозвуковую часть сопла с нулевой длиной (0 р = 90°) и зона (В) — небольшая отрывная зона в сверхзвуковой части сопел непосредственно за критическим сечением. Изменение давления по стенке сопла для вариантов с различным сочетанием углов 0 р и 0 в целом имеет много обгцего резкое пикообразное падение давления в районе угловой точки в критическом сечении, восстановление давления после этого пика до некоторой максимальной для данного сопла величины и затем снижение давления к срезу сопла в соответствии с разгоном потока в сверхзвуковой части. Однако уровень давления в сверхзвуковой части сугцественно зависит от величины углов 0 и 0 р. Наибольший пик разрежения и минимальный уровень давления по стенке сверхзвуковой части с наибольшим из исследованных углов раскрытия 0 = 11° (вариант 1). [c.130] При постоянном угле сужения дозвуковой части 0 р = 34,5° уменьшение угла сужения 0 до 2,5°, а затем до Г приводит к повышению уровня статического давления по стенке сверхзвуковой части в связи с тем, что уменьшается число Л/потока в каждом сечении и на выходе сопла (варианты 2 и 3). [c.130] Увеличение угла сужения дозвуковой части от 0 р = 34,5° до 90° при постоянном угле раскрытия сверхзвуковой части 0с = 1° приводит к снижению уровня статического давления по сверхзвуковой части сопла (варианты 3 и 4). Этот факт можно связать с влиянием увеличения неравномерности потока в критическом сечении сопла с 0 р = 90° на уменьшение эффективной плогцади проходного сечения (на уменьшение коэффициента расхода) и, в соответствии со схемой на рис. 3.60а, с разгоном потока до большей сверхзвуковой скорости при обтекании образующейся отрывной зоны за критическим сечением. [c.130] Интересно проследить изменение потерь тяги сверхзвуковых сопел с различной формой контура дозвуковой части в зависимости от степени понижения давления тт.. [c.131] Для сравнения на рис. 3.65 нанесены при соответствуюгцих значениях коэффициента расхода данные из работы [27] по величине А/ , приведенные на рис. 3.32 при анализе влияния радиуса скругления контура в критическом сечении на интегральные характеристики сверхзвуковых сопел. Поскольку диапазон изменения коэффициента расхода в этом случае был относительно невелик — 0,96-0,985), то изменение на величину А/ практически не было обнаружено ни по результатам расчетов, ни по результатам экспериментальных исследований [27]. [c.133] И только изменение коэффициента расхода сопел в достаточно широком диапазоне (111 — 0,9-1) позволило показать влияние на потери относительного импульса сверхзвуковых сопел. [c.133] Характер изменения потерь тяги сверхзвуковых сопел с различной формой дозвуковой части на рис. 3.64 аналогичен характеру изменения потерь тяги на нерасчетность истечения в сверхзвуковых соплах с различной относительной площадью среза (рис. 3.34) возрастание потерь на режиме перерасширения и снижения их на режиме недорасширения с увеличением на рис. 3.34 и с увеличением 0 р (т. е. с уменьшением ц ) на рис. 3.64. [c.133] Таким образом, с использованием одномерной теории и понятия эквивалентной или эффективной (с учетом коэффициента расхода ц ) площади среза сверхзвукового сопла достаточно просто объясняется характер изменения потерь тяги сопел с большой неравномерностью потока в критическом сечении (0 р = 90°) по сравнению с соплами, имеющими меньшую неравномерность (0 р = 0), на всех режимах работы сопла. [c.135] Для исследованных звуковых сужающихся сопел с различными контурами в диапазоне тг 2 реактивная струя находится на режиме недорасширения (рис. 3.56) и все рассуждения с использованием одномерной теории и понятия эквивалентной площади среза сопла при анализе характеристик сверхзвуковых сопел справедливы и для звуковых сопел. [c.135] Для примера на рис. 3.67 представлена процедура использования одномерной теории и эквивалентной или эффективной площади среза для звукового сопла с 0 р = 90° на режиме недорасширения в диапазоне тг 10-35, хотя это можно сделать для любого диапазона тг . Экспериментальные данные взяты с рис. 3.56, а потери на нерасчетность по одномерной теории нанесены для эквивалентной площади, полученной с использованием измеренного коэффициента расхода этих сопел (рис. 3.18) в виде Р =1/111 . [c.135] Таким образом, экспериментальные исследования интегральных характеристик звуковых и сверхзвуковых сопел с различной формой дозвуковой части показали, что переход от сопел с плавной формой дозвуковой части (0кр = 0°) к соплам с крутым контуром (0 р = 90°) дает выигрыш в потерях тяги только на режимах истечения сильно недорасширенных реактивных струй. Этот переход целесообразно осуществлять в случае, когда существуют ограничения на выбор оптимальной площади среза сопла и оно работает на режиме сильного недорасширения струи в этом случае суммарный выигрыш от сопла с крутым контуром может составить 1% и более от идеальной тяги сопла, несмотря на то что коэффициент относительного импульса у этого сопла меньше (или потери импульса больше), чем у сопла с плавной дозвуковой частью. Этот выигрыш в тяге сопровождается уменьшением габаритов сопла за счет уменьшения длины дозвуковой части, а следовательно и снижением веса сопла. [c.136] На расчетных режимах работы сопла, или режимах, близких к расчетному, переход от плавной дозвуковой части к крутому контуру сопровождается увеличением потерь относительного импульса (или минимальных потерь тяги) и вопрос о целесообразности такого перехода должен решаться с учетом потерь тяги, габаритов и веса сопла в каждом конкретном случае для рассматриваемого летательного аппарата. [c.136] Оптимизация формы дозвуковой части с крутым контуром при 0 р = 90° (скругление контура в соответствии с рекомендациями работы [79]), подвод некоторой массы газа в районе критического сечения с помощью перфорации или специальных щелей, может обеспечить снижение потерь импульса сверхзвуковых сопел на режимах перерасширения и близких к расчетным и сблизить уровень потерь тяги на этих режимах сопел с крутым контуром и плавной дозвуковой частью. При этом будет сохраняться возможный выигрыш в весе и габаритах сопла, а также выигрыш сопел с крутым контуром на режимах истечения недорасширенных струй. [c.136] Вернуться к основной статье