Расширяющиеся диффузоры в сверхзвуковом потоке

РАСШИРЯЮЩИЕСЯ ДИФФУЗОРЫ В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОТОКЕ [c.112]

Фиг. 64. Расширяющийся диффузор в сверхзвуковом потоке,

Из этих уравнений следует, что при М > 1 течение в расширяющемся канале (d Е > 0) происходит с уменьшением давления вдоль потока dp < 0) и с увеличением скорости (dw > 0) и, наоборот, сверхзвуковой поток в суживающемся канале (dS <0) замедляется dw < 0), а его давление возрастает dp > 0). Таким образом, профили сопла и диффузора для сверхзвукового потока меняются местами — сверхзвуковое сопло представляет собой расширяющийся канал, а сверхзвуковой диффузор — сужающийся канал. [c.287]

На рис. 23 приведен график этой зависимости для воздуха (к = 1,4). График подтверждает ранее отмеченный факт в дозвуковом потоке (М < 1) для увеличения числа М сечение А следует уменьшать, в сверхзвуковом потоке (М>1), наоборот, увеличивать. Так, например, из рис. 23 следует, что для повышения числа М от 0,2 до 0,8 газ должен пройти через участок суживающейся трубы — конфу-зора — с сечение.м, уменьшающимся в три раза чтобы увеличить число от значения 1 в критическом сечении до 3,2 необходимо построить расширяющуюся трубу — диффузор — с площадью па выходе, в пять раз превышающей площадь критического сечения. [c.138]

Очевидно, такое преобразование дозвукового потока в сверхзвуковой невозможно в трубе с максимальным сечением (рис. 11.2, б), так как дозвуковой поток, поступающий в расширяющуюся часть (диффузор), тормозится в ней и в экстремальном сечении имеет не только не звуковую, но даже меньшую, чем на входе, скорость. В сужающейся части поток снова ускоряется, [c.420]

Сверхзвуковые потоки тормозятся, как известно, в сужающихся каналах. Поэтому для непрерывного торможения сверхзвукового потока может быть использован канал той же конфигурации, что и сопло Лаваля, называемый в этом случае сверхзвуковым диффузором. Действительно, в сужающемся канале скорость сверхзвукового потока уменьшается, и если горло надлежащим образом рассчитано, то в нем устанавливается критическая скорость. Тогда в расширяющейся части происходит дальнейшее торможение дозвукового потока. Такой диффузор называется идеальным, однако он представляет собой только принципиальную теоретическую схему, реализовать которую на практике не удается. Трудность состоит в том, что сверхзвуковой поток в сужающемся канале является неустойчивым и под влиянием даже малых возмущений насыщается скачками уплотнений. В зависимости от формы сужающейся части система прямых и косых скачков может быть более или менее сложной, но во всех случаях является источником особых, так называемых волновых потерь энергии. Поэтому возникает задача управления системой скачков с целью сведения потерь к минимуму. Этого удается добиться приданием стенкам сужения особой формы, при которой в горле устанавливается скорость, близкая к критической. Таким образом, суммарные потери в сверхзвуковом диффузоре включают в себя помимо потерь вязкостного происхождения также волновые потери, связанные с образованием скачков уплотнения. Достаточно подробное изложение современных результатов исследования газовых диффузоров можно найти в [8]. [c.431]

Важное практическое значение имеет вопрос об условиях непрерывного перехода через критическое состояние. Нетрудно заключить, что такой переход дозвукового потока в сверхзвуковой может быть осуществлен только в трубе с минимальным сечением (рис. 206, а). В такой трубе, получившей название сопла Лаваля, дозвуковой поток ускоряется в сужающейся части (конфузоре), и если минимальное (критическое) сечение надлежащим образом рассчитано, то в нем достигается звуковая скорость, а в расширяющейся части происходит дальнейшее ускорение уже сверхзвукового потока. Очевидно, такое преобразование дозвукового потока в сверхзвуковой невозможно в трубе с максимальным сечением (рис. 206, б), так как дозвуковой поток, поступающий в расширяющуюся часть (диффузор), тормозится в ней и в экстремальном сечении имеет не только не звуковую, но даже меньшую, чем на входе, скорость. В сужающейся части поток снова ускоряется, однако звуковая скорость может быть достигнута только в выходном сечении. Представляет также интерес вопрос о торможении газовых потоков. Нз следствий 1 и 2 уравнения Гюгонио следует, что дозвуковой поток можно затормозить рас-444 [c.444]

Сопло Лаваля предназначено для получения сверхзвукового потока. Оно состоит из сужающейся и расширяющейся частей. Во избежание срыва пограничного слоя конусность расширяющейся части (диффузора) должна быть не более 8 12 В самом узком сечении сопла скорость может достигать звуковой, и тогда эго сечение называется критическим. На рис. 5.5 представлено сопло Лаваля, изменение его живого сечения и массовой скорости т по длине j и из- [c.73]

В основе расчета лежит выбор режима работы двигателя. От выбора режима зависит расположение прямого скачка уплотнения, неизбежного при сверхзвуковом полете, внутри или вне проточной части двигателя. Оптимальным является расположение скачка в горле (II) сверхзвукового диффузора или в непосредственной близости за ним. Действительно, в этом случае набегающий на двигатель сверхзвуковой поток с числом Мх > 1 станет [вспомнить следствия из уравнения Гюгонио (3) настоящей главы] замедляться в сужающемся канале на участке (/ — II) до некоторого Мг > 1, но меньшего Мх, затем посредством сравнительно малого по интенсивности скачка перейдет в дозвуковой поток и, оказавшись после этого в расширяющемся канале (II — Ш), будет продолжать замедляться, восстанавливая давление. При этом весь канал (I — III) работает на полезное для двигателя восстановление давления перед камерой горения. [c.136]

Анализ материалов испытаний эл екторов рассматриваемого типа показал, что неравномерность потока на входе в диффузор в зависимости от схемы, геометрических параметров и режима работы эжектора сильно изменяется, в связи с чем в широких пределах изменяется и коэффициент К. Даже при оптимальной длине камеры смешения величина /Сь по нашим опытам, может изменяться в пределах от 1,5—2,0 до 10. В связи с этим точность расчета потерь в диффузоре эжектора по изложенному выше методу очень невелика и на практике чаще всего пользуются экспериментальными зависимостями величины лч.зр от характерных параметров эжектора. Исключение составляют сверхзвуковые эжекторы, работающие при малых отношениях давлений высоконапорного и низконапорного газов, а также дозвуковые эжекторы, где эта методика может с успехом применяться. Эта методика может дать хорошие результаты и при расчете потерь в расширяющейся части сверхзвукового сопла при дозвуковом течении в нем (Я р<1), так как поток достаточно равномерен. [c.189]

Сверхзвуковой поток приводится к покою при помощи сверхзвукового диффузора, который в идеале представляет собой сначала сужающийся канал (в дозвуковом потоке он играл бы роль конфузора), где сверхзвуковой поток тормозится до звуковой скорости в наиболее узком критическом сечении, и затем расширяющуюся часть, где звуковой [c.144]

Участок 1—2 вертикальной ветви характеристики соответствует режимам, при которых в расширяющемся диффузоре располагается прямой скачок уплотнения, а в выходном сечении камеры смешения скорость сверхзвуковая. Участок 1—3 вертикальной ветви характеристики соответствует режимам, при которых поток иа выходе из камеры смешения дозвуковой, а внутри обоих сопел располагаются прямые скачки уплотнения. Дополнительными соотношениями для расчета параметров эжектора в точке 3 являются [c.194]

Как уже упоминалось во введении, в работе [2] было показано, что даже при торможении сверхзвукового потока смеси газов в п[)ямом скачке уплотнения, расположенном в выходном сечении камеры смешения, критические режимы работы эжектора с цилиндрической камерой смешения являются наивыгоднейшими. Применение сверхзвукового диффузора, имеющего горловину, вместо плавно расширяющегося диффузора делает эти режимы еще более выгодными, так как позволяет резко снизить потери, связанные с переходом из сверхзвуковой области течения в дозвуковую. [c.238]

Для полетов со сверхзвуковой скоростью могут применяться прямоточные воздушно-реактивные двигатели несколько иной конструктивной схемы (рис. 15.48). При движении летательного аппарата со сверхзвуковой скоростью с такой же скоростью воздушный поток входит в диффузор, представляющий собой сопло Лаваля . Сверхзвуковой поток сначала будет тормозиться в сужающейся части канала. Скорость потока воздуха в самой узкой части диффузора равна местной скорости звука. При торможении давление воздуха повышается. В расширяющейся части диффузора происходит дальнейшее торможение газового потока, в результате чего его давление продолжает увеличиваться, а скорость становится дозвуковой. После диффузора воздушный поток поступает в камеру сгорания. В камере сгорания происходит смешение топлива с воздухом и его сгорание. Температура и внутренняя энергия газа увеличиваются. Из камеры сгорания газовый поток направляется в комбинированный канал (сопло Лаваля). В сужающейся части сопла газовый поток в результате расширения ускоряется и в минимальном сечении его скорость становится равной местной скорости звука. В дальнейшем расширение газа происходит уже в расширяющейся [c.459]

При противодавлении меньше расчетного в плоскости входа скорость потока сверхзвуковая и равна скорости набегающего потока. В расширяющемся канале происходит ускорение потока, завершающееся мощным скачком (рис. 2. 6, в). Расход воздуха максимальный, т. е. ф= 1. Эффективность диффузора на этом режиме [c.60]

В настоящее время известна схема диффузора с внутренним сжатием и с нерегулируемой геометрией, устойчивые запуск и работа которого обеспечиваются за счет перфораций в стенках его сужающейся части. Это так называемый диффузор с перфорированными стенками [2]. Отверстия перфорированной стенки работают как автоматические клапаны, пропуская большие расходы газа до установления сверхзвукового потока на входе и малые расходы после того, как скачок уплотнения войдет внутрь диффузора Коэффициент восстановления такого диффузора больше, чем у обычного сужающегося — расширяющегося диффузора. Однако и внешнее сопротивление диффузора с перфорированными стенками также больше, чем у обычного диффузора вследствие выброса части внутреннего потока через отверстия во внешний поток. [c.65]

Принципиальные схемы различных диффузоров с внешним сжатием показаны на рис. 2. 2. У диффузоров с центральным телом при наличии замыкающего прямого скачка на входе внутренний канал за плоскостью входа профилируется из условия обеспечения устойчивой работы, а именно вначале (до горла, т. е. до сечения 3—3) сужающимся, а затем расширяющимся (рис. 2. 11). В сужающейся части канала дозвуковой поток разгоняется до скорости З вука в сечении 3—3 в расширяющейся части канала поток становится сверхзвуковым при наличии противодавления за диффузором в этой части канала возникает скачок уплотнения, близкий к прямому. Место его расположения за горлом зависит от величины противодавления чем оно больше, тем ближе к горлу расположен скачок. За скачком поток, естественно, становится дозвуковым. На- [c.66]

Ступенчатое торможение рассмотрено на примере обтекания носовой части сверхзвукового диффузора с центральным телом (рис. 5.21,ж). Здесь показано торможение в четырех последовательно расположенных скачках. Торможение дозвукового потока за замыкающим прямым скачком происходит в расширяющемся канале. [c.141]

Если наружное давление р больше критического давления р р и мало отличается от давления в котле ро, то скорость газа в минимальном сечении сопла не достигнет критического значения (иС ащ,), поток останется дозвуковым и скорость газа в расширяющейся части сопла будет монотонно убывать, а давление — возрастать до величины р на срезе сопла (кривые 1 на фиг 14.7). В этом случае расширяющаяся часть сопла Лаваля будет работать как обычный диффузор и течение всюду в сопле будет дозвуковым. Если же наружное давление р меньше критического (Рн-<Рь-р), то скорость газа в минимальном сечении сопла достигнет величины местной скорости звука ( с = акр) и в расширяющейся части сопла поток будет продолжать ускоряться, т. е. течение в этой части сопла будет сверхзвуковым (кривые 2 на фиг. 14.7). [c.336]

Особенности течения воздуха за замыкающим систему прямым скачком. На рис. 16.7, а показано, что дозвуковой поток за прямым скачком снова ускоряется в сужающемся канале до Х= 1 в горле воздухозаборника и до Я> 1 — в расширяющемся канале и переходит в дозвуковой Я<1 на прямом скачке уплотнения. Только после этого дозвуковой поток тормозится до заданного в 0,5 перед компрессором в расширяющемся дозвуковом диффузоре. При такой организации течения небольшие изменения режима работы двигателя и, следовательно, объемного расхода воздуха, сказываются только на положении этого прямого скачка и не нарушают расчетной системы скачков. При увеличении объемного расхода, т. е. снижения давления на входе в компрессор, скачок перемещается вниз по потоку и становится сильнее, потери возрастают и объемный расход через двигатель увеличивается при неизменном массовом расходе. При уменьшении объемного расхода, т. е. при повышении давления, скачок смещается против течения, ослабевает, потери уменьшаются и объемный расход через двигатель уменьшается и оптимальность системы сохраняется. Таким образом, в данном случае, скачок уплотнения играет положительную роль газодинамического регулятора постоянства массового расхода воздуха через двигатель при переменном объемном расходе. Это регулирование достигается введением дополнительных потерь. Если бы за замыкающим скачком уплотнения отсутствовала бы сверхзвуковая зона течения с прямым скачком, то повыше-нине давления, например, в дозвуковой части диффузора приводило бы к выбиванию расчетной системы скачков (см. рис. 16.7, 6). [c.324]

Статическое давление и давление полного торможения в сечении S р я р также увеличиваются. В расширяющейся части диффузора поток приобретает сверхзвуковые скорости. В результате здесь возникает скачок (или система скачков), положение которого зависит от противодавления р . При снижении р скачок смещается к выходному сечению диффузора. [c.438]

Сверхзвуковой диффузор состоит из начального сужающегося канала и следующего за ним расширяющегося участка трубы (см, рис. 1.1.4,б и в). В сужающемся канале сверхзвуковая скорость газа постепенно снижается за счет образования скачков уплотнения. Возникающий при этом дозвуковой поток затем попадает в дозвуковую (расширяющуюся) часть диффузора, где вследствие расширения скорость этого потока еще больше снижается. [c.12]

Конструкция ПВРД для дозвуковых и сверхзвуковых скоростей полета должна быть, естественно, различной. Схема ПВРД на рис. 10-34 соответствует дозвуковым скоростям. Напомним, что, как показано в 8-4, торможение дозвукового потока происходит при течении в расширяющемся диффузоре, а ускорение потока — при течении в суживающемся сопле именно [c.349]

Представляет также интерес торможение газовых потоков. Из выводов 1 и 2 следует, что дозвуковой поток можно затормозить расширяющейся трубой (диффузором), а для сверхзвукового потока эту роль выполнит сужающаяся труба. Опыт показывает, что в последнем случае поток газа неустойчив и в нем легко возникает система косых и прямых скачков уплотнения, в которых и происходит торможение. Скачки уплотнения представляют собой поверхности, при переходе через которые происходит разрыЕ)-ное (скачкообразное) изменение параметров газового потока. Поскольку, как мы увидим ниже, скачки уплотнения сопровождаются потерями энергии, возникает вопрос о таком профилировании трубы, которое обеспечило бы системы скачков с минимальными потерями. Функцию устройства, осуществляющего торможение сверхзвукового потока и преобразование его в дозвуковой, может выполнить труба той же конфигурации, что и сопло Лаваля, которая, однако, в данном случае является сверхзвуковым диффузором. [c.421]

Рассмотрим далее изоэнтропийное течение рабочего тела в диффузоре. Считаем, что заданы параметры потока р , v , скорость на входе в канал и давление р дНа выходе из него. Известным также является расход. Определяем заторможенные параметры. Задавшись законом возрастания давления р вдоль оси диффузора, найдем по уравнению, аналогичному (3.51), уменьшение скорости, а по уравнению, аналогичному (3.58), изменение плош,ади поперечного сечения канала вдоль оси. При использовании газодинамических функций принимаем желательный закон изменения вдоль канала приведенной скорости X или функции р (к) и по таблицам определяем функцию расхода q ( ), а затем, воспользовавшись уравнением, аналогичным (3.49),— площадь поперечного сечения в соответствуюш,ем месте канала. Как показывают основные уравнения, при дозвуковой скорости потока на входе в ди зфузор канал будет расширяющийся. Если входная скорость превышает скорость звука, диффузор для изоэнтропийного процесса сжатия имел бы суживающуюся-расширяющуюся форму. При этом в горле устанавливались бы критические параметры. Таким образом, для изоэнтропийного процесса сжатия диффузор мог бы рассматриваться как обращенное сопло Лаваля. Однако плавное изоэнтро-пийное торможение сверхзвукового потока до дозвуковых скоростей невозможно. При таком торможении обязательно возникают скачки уплотнения. Прямой отсоединенный скачок уплотнения может возникать перед входом в диффузор. Поток за таким скачком дозвуковой, поэтому диффузор в этом случае должен быть расширяющимся каналом. Сверхзвуковые диффузоры могут иметь и более сложную форму. [c.96]

По самому существу назначения сверхзвукового диффузора ясно, что на участке II—III) в расширяющейся части канала поток должен быть дозвуковым. Так оно o6bii-Ho и бывает. В начале- пуска двигателя скачок уплотнения занимает в.чодное сечение (/), при разгоне двигателя этот скачок перемещается внкз по потоку и устанавливается либо в горле, либо сразу за ним. Поэтому для оценки необратимых потерь механической энергии в сверхзвуковом диффузоре мол<но, пренебрегая потерями в дозвуковом потоке па участке (//—///), принять отношение полных давлений в горле и в набегающем потоке [c.168]

Если продолжать увеличивать выходное оиверстие трубопровода и после того, как прямой скачок приблизится к входному сечению диффузора, то произойдет расширение сверхзвукового потока, как при обтекании тупого угла. Сверхзвуковое течение по расширяющемуся каналу диффузора завершится мощным прямым скачком (см. фиг. 64, в), потери возрастут, а давление в трубопроводе ро2 примет величину, достаточную для того, чтобы ежесекундно выталкивать G = Wa Sx кг воздуха через выходное сечение трубопровода 5 [c.113]

При работе диффузора на расчетном режиме при заданном (расчетном) числе Мн.р полета сверхзвуковой поток тормозится в сужающемся участке канала и в горле диффузора скорость его становится равной скорости звука. В расширяющейся части канала происходит дальнейшее торможение Д0звук01в0г0 потока. На этом режиме расход воздуха максимальный (ф=1,0), а величина коэффициента восстановления давления диффузора определяется в основном потерями давления в скачках уплотнения на участке сужения. Используя уравнение неразрывности течения для сечений в невозмущенном потоке 1—1 и горла 3—3 (рис. 2. 10,а), потребную площадь горла для обеспечения расчетной схемы течения определим как [c.63]

Если эффективный подпор потока в камере дожигания, обеспечиваемый совместным воздействием поджатия критического сечения сопла, впуска газа из первого контура и подогрева за счет дожигания, получается низким, значение 0Гд( -4), рассчитываемое по зависимостям (5.27) и (5.28), оказывается существенно ниже гого, которое опреаеляется по зависимостям параграфа 2.3 для дозвукового течения. В этом случае на практике воздушный поток, поступающий за горлом диффузора в расширяющийся канал, разгоняется в нем до сверхзвуковой скорости, а затем тормозится в прямом скачке, располагающемся в некотором промежуточном сечении участка 3—4. [c.185]

Предельным называется максимальный для данного з н а ч е ни я коэффициент эжекции соответствующее противодавление называется предельным и-р о т и в о д а в л е- н и е м. Этот режи м, отвечающий на диаграмме точке В, называется предельным. Механизм наступления предельного режима представляется следующим. По мере увеличения х в некотором сечении входного участка диффузора средняя скорость потока становится сверхзвуковой. Пристеночный дозвуковой слой в этом сечении имеет минимальную поперечную протяженность и не способен передавать возмущение против потока. Поэтому снижение противодавления (р4<р4пр) не влияет на условия в камере смешения и коэффициент эжекции сохраняется постоянньим. Он может быть увеличен только за счет повышения плотности потока, т. е. давления в камере смешения ри. Поэтому на участке ВА харакгеристика p/i= onst параллельна оси о-рдинат. Процесс в ступени эжектора на этом участке характеристики принципиально отличается, как видно из дальнейшего, от процесса на участке СВ вслед за зоной макси- мальной скорости, расположенной в начальном участке горловины диффузора, смешанный поток тормозится в горловине, пересекая сложную систему скачков уплотнения, до дозвуковой скорости во входном сечении (если длина горловины соответствует оптимальной), после чего осуществляется дальнейшее (уже плавное) торможение в расширяющемся участке. Описанная картина иллюстрируется графиком распределения давлений вдоль контура диффузора на рис. 7-29. Если длина горловины меньше той, при которой обеспечивается торможение Потока до дозвуковой скорости, то в расширяющейся Части диффузора поток разгоняется, а затем в системе скачков, переходит в дозвуковой (расширяющаяся [c.433]

Если обратить двилсение, т. е. предположить, что на входе в сопло Лаваля скорость потока больше скорости звука, то теоретически возмолсен и такой случай сверхзвуковая скорость потока в сужающейся части сопла убывает, достигает в минимальном сечении критического значения и в расширяющейся части сопла продолжает монотонно убывать (давление при этом должно монотонно возрастать). В этом случае, представленном на фиг. 14.7 пунктирными кривыми 3, сопло работало бы как сверхзвуковой диффузор [c.336]

На фигуре 9-2, б дана теоретическая схема ПВРД для сверх-двуковых скоростей полета. Для сверхзвуковых скоростей движения газа при переходе его из области высокого в область низкого давления должно быть установлено расширяющее сопло (Лаваля), которое показано на схеме в хвостовой части двигателя. По этой же причине теоретический диффузор выполнен в виде формы сопла. Однако при сверхзвуковых скоростях полета создаются такие условия для потока воздуха при входе в диффузор, что применение его с двойным конусом не имеет физического смысла (фиг. 9-2,6). Чтобы понять эти условия [c.264]

Допустим вначале, что параметры потока на входе и расход через диффузор остаются неизменными, и проследим влияние меняющегося противодавления р . Предположим, что в сечении Р, скорость равна критической, а давление среды значительно нР1же расчетного р < а) в этом случае расширяющаяся часть диффузора работает как сверхзвуковое сопло. На срезе выходной части в зависимости от р возникают волны разрежения или косые скачки. По мере повышения р система скачков перестраивается при давлении р — р в выходном сечении располагается мостообразный скачок при дальнейшем увеличении р скачок перемещается внутрь расширяющейся части и движется к минимальному сечению. При некотором предельном противс- [c.415]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...