ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Течение газа со скачком уплотнения из "Основы проектирования ракетно-прямоточных двигателей для беспилотных летательных аппаратов " Течение газа может быть как дозвуковым, так и сверхзвуковым. Дозвуковой поток характеризуется тем, что скорость движения газа меньше местной скорости звука в сверхзвуковом потоке скорость движения газа больше скорости звука. Кроме этого формального отличия, эти два потока принципиально различаются в том, что в дозвуковом потоке любое местное возмущение с течением определенного времени распространяется на весь поток, тогда как в сверхзвуковом потоке любое возмущение охватывает только ту его часть, какая лежит вниз по течению от источника возмущения. Иными словами, особенность сверхзвукового потока состоит в том, что возмущения от любого препятствия не передаются вверх по потоку и носят локальный характер. [c.19] В самом деле, подвод тепла или газа в среду дозвукового потока с течением времени приводит к повышению температуры или давления всей массы потока, и вследствие этого скорость вещества возрастает. Подобное воздействие на сверхзвуковой поток вызывает повышение давления и температуры только в нижней части потока, которая в определенном смысле является пробкой для его верхней части в результате этого сверхзвуковой поток тормозится. В общей постановке эта задача впервые была решена Л. А. Ву-лисом. [c.20] Поскольку работа сил трения физически не может изменить знака тр 0 и постоянно приводит к нагреву потока, то под воздействием сил трения дозвуковой поток ускоряется, а сверхзвуковой— тормозится. Это же уравнение показывает, что торможение дозвукового потока и ускорение сверхзвукового принципиально возможно только в расширяющейся части канала проточного сосуда (dF 0), а также при охлаждении (б/р 0) или при отводе механической энергии dLu 0). Отсюда следует, что сохранение ускорения или торможения движения газового потока в момент перехода его через критическую скорость требует одновременно изменения знака воздействия на поток. [c.21] Нетрудно представить недостаточность этих условий для перевода потока реального газа через критическую скорость, так как постоянное наличие работы сил трения не позволяет довести скорость потока до критической. В действительности, ее величина асимптотически будет приближаться к критическому значению, но практически никогда его не достигнет, так как в момент наступления критической скорости знак воздействия должен измениться на противоположный. Однако знак работы сил трения, приводящий к нагреву вещества потока, физически не в состоянии измениться. Поэтому для потока реального газа постоянство сил трения необходимо компенсировать с помощью преждевременного изменения знака воздействия, сопутствующего трению, так, чтобы в надлежащий момент суммарное их воздействие на поток обратилось в нуль. В действительности, в силу этого критическая скорость потока в геометрическом сопле наступает только за критическим сечением в его диффузорной части. [c.21] Изложенное характеризует лишь качественную сторону течения газа, отражающую тенденцию изменения скорости потока. Более детальное исследование показывает, что монотонное изменение скорости потока при любом виде воздействия присуще только дозвуковому потоку. Сверхзвуковой поток при соответствующих воздействиях может лишь монотонно увеличивать свою скорость. Всякое замедление движения сверхзвукового потока сопровождается внезапным падением его скорости и скачкообразным ростом параметров состояния. Иными словами, сверхзвуковой поток имеет при родную склонность к скачкообразному уплотнению. При этом область непрерывного изменения параметров состояния потока настолько мала, что практически величины скорости давления и температуры вещества вдоль потока имеют разрыв, т. е. меняются внезапно, скачком, в одном и том же сечении. [c.21] При торможении стационарного сверхзвукового потока е определенных условиях могут возникнуть как прямой, так и косой скачки уплотнения. [c.22] Прямой скачок характеризуется нормальным расположением фронта к вектору скорости потока. Если фронт скачка расположен к вектору скорости потока под углом, отличным от прямого, то такой скачок называют косым. Изменение параметров состояния потока в прямом скачке уплотнения значительно выше, чем в любом косом больше перепад скорости давления, температуры и больше потери полного давления. [c.22] Потеря полного давления потока при течении со скачком уплотнения указывает на рост его энтропии и принципиальную возможность суш ествования течения с разрывом параметров состояния. По этой же причине принципиально недопустимы скачки разрежения, приводяш ие к возрастанию полного давления и падению энтропии. [c.22] На практике прямой скачок может возникнуть при набегании сверхзвукового потока на препятствие, расположенное под прямым углом к его направлению или близким к прямому (рис. 1.2). [c.22] Изменение параметров состояния потока) при прохождении его через фронт скачка определяется законами сохранения энергии, полной реакции и вещества до и после скачка, т. е. [c.22] Первое решение отвечает случаю, когда скачка уплотнения нет. Второе — определяет безразмерную скорость потока за скачком уплотнения. [c.22] Уравнение ударной адиабаты представляет собой равнобочную гиперболу с асимптотами (рис. 1.3), т. е. [c.23] Таким образом, скачком уплотнения [ 1 2 1 находится в согласии со вторым началом термодинамики, в то время как скачок разрежения не совместим с ним. [c.25] Особенность косого скачка уплотнения состоит в том, что сверхзвуковой поток, пройдя его фронт, как правило, сохраняет сверхзвуковую скорость Меньшая интенсивность косого скачка по сравнению с прямым определяет меньшие потери полного давления. [c.25] Косой скачок возникает вследствие внезапного изменения направления движения потока, например, при обтекании плоского клина или конуса. Интенсивность косого скачка приближается к прямому по мере увеличения угла встречи потока с препятствием. [c.25] Опыт показывает, что косой скачок переходит в прямой значительно раньше того момента, когда угол наклона препятствия по отношению к вектору скорости набегающего потока достигнет 90°. Этот угол называется предельным. [c.25] Учитывая, что потери полного давления в косом скачке меньше, чем в прямом, на практике оказывается возможным с помощью ряда косых скачков провести торможение сверхзвукового потока при обеспечении более высокого уровня полного давления. На этом принципе работают диффузоры сверхзвуковых ПВРД. [c.25] Определим параметры состояния потока после косого скачка уплотнения. В соответствии с геометрическими соотношениями (рис. 1.4) имеем. [c.25] Свойства поляры представлены на рис. 1.5, из которого следует, что с помощью поляры графическим путем весьма просто определяются угол наклона скачка и скорость потока за скачком. [c.31] Вернуться к основной статье