ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Плоские сопла с жестким контуром из "Аэрогазодинамика реактивных сопел " К классу сопел с жестким контуром в настоящем разделе отнесены плоские сверхзвуковые сопла (с коническими или профилированными дозвуковыми или сверхзвуковыми частями), сопла с центральным телом, плоские сопла с одной панелью для расширения потока (плоский клин или сопло с косым срезом). [c.194] Одной из характерных особенностей указанных схем плоских сопел, которые были рассмотрены в главе II, является то, что они, вообще говоря, в классическом смысле не являются плоскими, а имеют конечную величину отношения ширины к высоте b/h. При этом возможно, что при каких-то конечных, но достаточно больших значениях b/h, течение в таких соплах действительно близко к плоскому. Однако справедливо также предположить, что при небольших значениях b/h (например, b/h 2-3) плоские сопла скорее можно отнести к классу трехмерных сопел с пространственным типом течения в этих соплах. Экспериментальные исследования ряда авторов показывают, что течение в плоских соплах с некоторыми конечными значениями b/h действительно не является типом чисто плоского течения. Так, в работе [106] исследовалась картина течения методом саже-масляной пленки и путем измерения распределения давления по поверхности плоского сопла с клиновидным центральным телом. Контур выходного сечения сопла был близок к прямоугольному однако вследствие наличия центрального тела отношение ширины к высоте критического сечения сопла с каждой стороны клина было равно кр/ кр — 7. Полуугол коничности центрального тела был равен 10°. Относительная площадь выходного сечения сопла /F = 3,5. Схема течения при двух значениях степени понижения давления тг = 3 и 6 и соответствующее распределение давления по центральному телу приведены на рис. 4.4 и 4.5. Отмечается, что течение в дозвуковой части плоского сопла вплоть до критического сечения является существенно плоским. Однако за критическим сечением, и особенно при сверхзвуковом перепаде давления, течение на поверхности центрального клина становится существенно трехмерным. [c.194] Аналогичные явления трехмерности проявляются и для плоского сопла с нижней панелью, результаты исследований которых были получены в ЦАГИ автором совместно с В.А. Тумановым (рис. 4.6). При этом, как было обнаружено, трехмерность течения имеет место для различной формы контура центрального тела (прямолинейного, выпуклого или вогнутого). Данные, приведенные на рис. 4.6, получены для плоских сопел с косым срезом при отсутствии боковых щек, в отличие от данных работы [106] (рис. 4.4 и 4.5), где боковые щеки присутствовали. Наличие или отсутствие боковых щек принципиально не изменяет характер течения на центральном клине, особенностью которого является возникновение трехмерного течения, однако количественные оценки по моменту наступления плоского течения могут быть в этих случаях различны. [c.196] Отмеченные выше трехмерные эффекты в плоских соплах в настоящее время еще не нашли достаточно надежного отражения в численных методах, используемых для определения внутренних характеристик реактивных сопел. Однако в приближении двумерного (в большинстве случаев невязкого) газа тяговые характеристики плоских сопел могут быть получены численными методами. [c.196] Как правило, как при расчетных, так и экспериментальных исследованиях, характеристики плоских сопел сравниваются с эквивалентными осесимметричными соплами. [c.196] В частности, представляют практический интерес результаты определения относительного импульса (или коэффициента импульса) плоских сверхзвуковых сопел, приведенные в работах [85], [116], [152]. В работе [116] данные приведены на основании эмпирического обобщения экспериментальных данных, в работе [152] — на основании расчета течения методом характеристик (без учета трения на боковых щеках), в работе [85] — с использованием метода характеристик и монотонной конечно-разностной схемы. [c.196] Во втором случае вместо равенства углов раскрытия можно приравнять относительную длину сверхзвуковых частей сопел (при сохранении двух других условий /2 р = 1) р = Рс ) в этом случае угол раскрытия сверхзвуковой части плоского сопла будет больше, чем у осесимметричного. [c.197] В рассматриваемых работах и на рис. 4.7 и 4.8 эквивалентность осесимметричного сопла конкретному плоскому соплу реализуется первым способом (т. е. при равенстве углов раскрытия и отношения площадей выходных сечений сопел). В этом случае осесимметричное сопло оказывается короче, так как показано на рис. 4.7. [c.198] В связи с этим более высокую величину относительного импульса у плоских сопел по сравнению с осесимметричными (при 0 = onst и = onst) по рис. 4.7 и 4.8 можно объяснить следующим образом. [c.198] Более длинное плоское сопло имеет меньшие потери импульса на неравномерность течения на выходе сопла кроме того, в расчетах не учтены потери на трение, которые были бы больше у плоских сопел вследствие их большей длины при расчетах также не учтены трехмерные и краевые эффекты, которые существуют в реальных плоских соплах в связи с их пространственной формой, а также с наличием угловых областей и переходного участьса. Все это приводит к тому, что полученные численным методом значения для плоских сопел в диапазоне углов раскрытия 0 20° и 1-2 могут быть на 1-2% выше, чем у эквивалентных осесимметричных сопел, если сравнение плоских и осесимметричных сопел проводится первым из указанных выше способом. [c.198] В случае, когда сравнение плоских и эквивалентных осесимметричных сопел проводилось бы в предположении постоянства длины сверхзвуковой части сопла, то угол ее раскрытия у плоских сопел оказывается больше, чем у осесимметричных. Поскольку при рассмотрении характеристик осесимметричных сопел было показано, что потери импульса могут значительно возрасти с увеличением угла коничности сопла 0 (рис. 3.27), то это должны были бы отразить и результаты численных расчетов при сравнений характеристик осесимметричных и плоских сопел. [c.198] При проведении экспериментальных исследований этот способ находит большее применение, так как с практической точки зрения более удобно выбирать эквивалентное осесимметричное сопло при той же длине и относительной площади среза, что и у рассматриваемого плоского сопла. При этом в реальных плоских соплах присутствуют эффекты трехмерности и краевые эффекты, о которых упоминалось выше, и которые отсутствуют в эквивалентных осесимметричных соплах. Поэтому при экспериментальных исследованиях плоских сопел, которые будут приведены ниже, не получается такого преимущества плоских сопел по сравнению с осесимметричными, как было получено в работах [116], [152], [85] (рис. 4.7 и 4.8). [c.198] Коэффициенты тяги плоских реактивных сопел некоторых схем и сравнение их с коэффициентом тяги эквивалентных осесимметричных сопел по данным экспериментальных исследований на моделях приведены на рис. 4.9-4.12 [93], [162] (см. также [42]). [c.198] Результаты расчетных и экспериментальных исследований, проведенные в работе [153], показали слабое влияние отношения ширины Ь к высоте уступа Н плоских сопел на их коэффициент тяги в достаточно широком диапазоне изменения величины 6/Л =1-15 (рис. 4.14). [c.201] Проведенные в этой же работе исследования позволили также провести оптимизацию внутренних геометрических параметров, обеспечиваю-гцих максимальное значение коэффициента внутренней тяги сопла. [c.201] Егце одним интересным результатом работы [153] является обнаруженное слабое влияние на коэффициент внутренней тяги плоских сверхзвуковых сопел формы и размеров (степени укорочения) боковых гцек (рис. 4.16). [c.201] Сравнение показывает, что уровень внутренних потерь тяги рассмотренных схем плоских сопел, хотя и выше, но сравним с уровнем потерь тяги осесимметричного сопла. Вместе с тем, плоские сопла могут быть конкурентноспособными по сравнению с осесимметричными соплами, если их тяговые характеристики отличаются в пределах 1% идеальной тяги. Для режима максимального форсажа в соответствии с рис. 4.18 этому условию удовлетворяют три схемы плоских сопел из четырех, для бесфорсажного режима — две схемы плоских сопел. Однако окончательный вывод о преимугцестве плоских сопел по сравнению с осесимметричными может быть сделан только с учетом оценки их эффективной тяги и требований, предъявляемых к силовой установке и всему летательному аппарату в целом. [c.204] Вернуться к основной статье