ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Двухконтурные сопла из "Аэрогазодинамика реактивных сопел " Сопла с центральным телом условно можно разбить на два типа в связи с заметным различием течений в них одноконтурные сопла с центральным телом (рис. 2.1 ), применяемые на сверхзвуковых летательных аппаратах, в которых характер течения близок к характеру течения в соплах Лаваля при изменении степени понижения давления тг ), и сопла двухконтурных двигателей (двухконтурные сопла) (рис. 2.1 ), применяемые в основном на дозвуковых летательных аппаратах. [c.175] Несмотря на многообразие реактивных сопел с центральным телом, принцип разгона в них газового потока до сверхзвуковой скорости остается таким же, как и в обычных сверхзвуковых соплах — геометрическим дозвуковой поток разгоняется до звуковой скорости в сужающемся до критического сечения сопла канале, а затем в расширяющемся канале поток достигает заданной сверхзвуковой скорости. [c.175] Следует особо подчеркнуть, что такое свойство сопел с центральным телом проявляется при истечении реактивной струи в неподвижную среду. Наличие внешнего потока, вообще говоря, может привести к заметному ухудшению тяговых характеристик сопел с центральным телом, что подтверждают результаты экспериментальных исследований. Поэтому характеристикам сопел с центральным телом на режимах перерасширения при наличии внешнего потока надо уделять специальное внимание. [c.176] Схемы течения и распределение давления по длине центрального тела на основных режимах работы сопла (расчетном, перерасширения и недорасширения реактивной струи) при истечении реактивной струи осесимметричного сопла с центральным телом в неподвижную среду М = 0) приведены на рис. 3.99 [148]. [c.176] На расчетном режиме истечения струи (рис. 3.99а) происходит расширение звукового потока от критического сечения сопла АВ в веере волн разрежения, последняя характеристика которого АС приходит на вершину центрального тела. Внешн51я граничная линия тока (свободная граница струи) АВ параллельна оси симметрии сопла с центральным телом. [c.176] На режиме перерасширения, когда относительное полное давление в сопле меньше расчетного значения, и так как реактивная струя снаружи не ограничена стенками сопла, то автоматически происходит подстройка течения к условиям в окружающей среде. При этом свободная граница струи АВ наклонена к оси симметрии и последн51я характеристика АС веера волн раз-р51жения приходит на центральное тело до его вершины (рис. 3.996). За точкой С происходит сжатие потока, и статическое давление на поверхности центрального тела возрастает, что создает дополнительный прирост некоторой части тяги (заштрихованная часть на диаграмме рис. 3.996). Это обуславливает отсутствие потерь тяги на перерасширение потока у сопел с центральным телом в отличие от обычных конических сопел или сопел Лаваля. [c.177] На режиме истечения недорасширенной реактивной струи, когда относительное полное давление в ней больше расчетного (рис. 3.99е), граница свободной струи АВ отклоняется от оси симметрии и в потоке образуется скачок уплотнения. [c.177] Результаты исследований распределения давления по поверхности центрального тела одного из вариантов сопла с коническим центральным телом по данным работы [92] представлены на рис. 3.100 для режима истечения в неподвижную среду (Л4о = 0). [c.177] В этой работе были проведены комплексные экспериментальные исследования характеристик различных вариантов сопел с центральным телом, имеющих различную степень укорочения. [c.177] Положение второй зоны сжатия, которая наблюдается в эксперименте в виде второго пика статического давления на поверхности центрального тела, не может быть достаточно точно определено методом характеристик в связи с ошибкой, вызываемой расхождением результатов расчета и эксперимента при определение положения первой зоны сжатия потока. [c.178] Как отмечается в работе [92], расхождение результатов расчета и эксперимента в начальной части кривой, по всей вероятности, связано с предположением о прямолинейности звуковой линии, в критическом сечении сопла при расчетах и перпендикулярности направления потока к этой звуковой линии, тогда как это предположение в эксперименте могло не выполняться. [c.178] Сравнение коэффициентов тяги сопла с коническим центральным телом (0ц т. = 15°) и конического сверхзвукового сопла (0 =10°), рассчитанных на одинаковый перепад давления в соплах (тГсрасч = 20), дано на рис. 3.101 [123]. [c.178] ТЯГИ конического сверхзвукового сопла на отрывном режиме течения выше, чем при безотрывном обтекании стенок сопла. Тем не менее для значений ТГс 3, характерных для режима старта самолетов различного назначения, коэффициент тяги сверхзвукового конического сопла с 0 = 10° примерно на 10% ниже коэффициента тяги сопла с коническим центральным телом. [c.179] Сравнение коэффициентов тяги различных схем сопел с центральным телом, рассчитанных на относительно большие перепады давления (тг 50), с коэффициентом тяги сопла Лаваля представлено на рис. 3.102 [64]. Достаточно очевидны преимущества сопел с центральным телом по сравнению с соплом Лаваля на режимах истечения пере-расширенных реактивных струй. [c.179] При этом максимальные преимущества по коэффициенту тяги обеспечивает сопло с центральным телом и внешним расширением потока (сопло 1), поскольку у этого сопла воздействие окружающего давления проявляется практически на всей длине центрального тела за критическим сечением сопла. [c.179] Важным свойством осесимметричных сопел с центральным телом является весьма небольшое снижение коэффициента тяги при некотором укорочении длины центрального тела. С точки зрения газовой динамики при укорочении центрального тела, с одной стороны, уменьшаются потери тяги, связанные с трением потока на поверхности центрального тела, а с другой, — могут возрасти потери тяги, связанные с сопротивлением торцевой части (донные потери тяги). Поэтому возможен поиск оптимального укорочения центрального тела. По конструктивным соображениям это укорочение сопла достаточно выгодно, так как уменьшает вес, габариты и площадь охлаждаемой, в случае необходимости, гюверхности сопла. Рис. 3.103 иллюстрирует изменение потерь тяги сопла рассчитанного на степень понижения давления тг расч- (относительная площадь выходного сечения сопла =2), при укорочении центрального тела. Если полное укорочение X/L = Q) приводит к величине потерь тяги сопла, равной 4% от идеальной тяги, то даже небольшое увеличение длины центрального тела до 23% от общей его длины X L = 0,23) снижает потери тяги примерно вдвое по сравнению с нулевой длиной центрального тела. Удлинение Х/Ь 0,66 практически не оказывает влияния на уровень потерь тяги сопла [140]. [c.179] Все сопла рассчитаны на число Л/потока на выходе сопла = 3,7. Суммарные потери импульса сопел включают расчетные и экспериментальные значения основных составляющих потерь на трение, на рассеяние потока и донные потери. [c.180] На рис. 3.104 видно, что зависимость суммарных потерь импульса от длины для сопла с центральным телом не имеет характерного минимума (из-за противоположного влияния потерь, связанных с трением и рассеянием потока), свойственного круглым соплам. В связи с этим укорочение центрального тела практически втрое не изменяет его относительного импульса. [c.180] При одинаковых потерях сопло с центральным телом оказывается примерно в три раза короче обычного сопла Лаваля хотя укорочение центрального тела несколько уменьшает коэффициент импульса (или тяги), однако он сохраняется достаточно высоким. [c.180] С другой стороны, при одинаковой относительной длине сопла с центральным телом и оптимальной длине сопла Лаваля (для рассматриваемого случая 4 / кр — 3) сопло с центральным телом может обеспечить более высокий коэффициент тяги, чем сопло Лаваля [64]. [c.180] Вернуться к основной статье