Течение в ракетном сопле

ТЕЧЕНИЕ В РАКЕТНОМ СОПЛЕ [c.275]

Насадок, состоящий лишь из сужающегося участка (рис. 26, б), называется простым соплом, или очком. Наибольшая скорость, которую можно получить, выпуская адиабатически газ через простое сопло, равна скорости звука, и достигается эта скорость в наиболее узком сечении, т. е. на срезе сопла. Простые сопла и сопла Лаваля широко применяются в технике сопло Лаваля является необходимым элементом конструкций ракетных двигателей, сверхзвуковых аэродинамических труб и т. п. Рассмотрим подробнее адиабатические течения в простом сопле и в сопле Лаваля. [c.47]

Развитие теоретических исследований неравновесных газовых течений способствовало также появление быстродействующих вычислительных машин. Необходимость учета релаксационных явлений при расчете газовых течений обусловлена следующими причинами. В области высоких температур и давлений протекают различные химические реакции, процессы диссоциации, ионизации, возбуждения колебательных и электронных степеней свободы. Если времена этих процессов сравнимы с характерными временами макроскопических процессов, то происходит значительное отклонение от состояния термохимического равновесия, вызывающее в свою очередь существенное изменение картины течения. Нарушение локального термохимического равновесия при расширении диссоциированной смеси в ракетном сопле может привести к значительным потерям тяги. Недостаточно высокая скорость электронно-ионной рекомбинации в [c.118]

Применим теперь разобранные выше процессы диссоциации и ионизации к термодинамическому и гидродинамическому описанию газа. Приложения этих уравнений охватывают многие явления, такие, как распространение пламени и течение газа в ракетных соплах. [c.324]

В первые послевоенные годы начались исследования, направленные на получение эмпирических формул, пригодных для использования при расчетах теплопередачи в ЖРД. Наряду с исследованиями теплообмена при околозвуковых скоростях течения газа в прямой цилиндрической нагреваемой трубе [29, 190] начали проводиться и эксперименты по исследованию теплообмена в ракетных соплах (см., например, [258] ). [c.86]

Современные представления об управлении обтеканием непосредственным образом связаны с отрывными течениями, которые широко встречаются как в случае внешнего обтекания ракетно-космических аппаратов, так и при движении газа внутри различных каналов (сверхзвуковые сопла реактивных двигателей и аэродинамических труб, диффузоры и др.). Интерес к исследованию таких течений в последнее время возрос из-за выявившейся возможности регулировать аэродинамические характеристики обтекаемых тел путем управления этими течениями и осуществлять соответствующие расчеты при помощи вычислительных машин. В гл. VI анализируются виды отрывных течений и рассматриваются случаи их реализации при управлении обтеканием. Эффект управления отрывным течением связан с предотвращением, затягиванием или созданием условий преждевременного отрыва потока при помощи соответствующих приспособлений. [c.7]

Определить коэффициент теплоотдачи в выходном сечении сопла ракетного двигателя, находящемся на расстоянии 0,75 м от головки камеры сгорания. Расход продуктов сгорания в двигателе 14 кг/с. Температура стенки сопла 800° С статическая температура потока 1497° С давление на срезе сопла 981 Па диаметр выходного сечения 0,25 м. Физические свойства газа взять из предыдущей задачи. Режим течения в пограничном слое считать турбулентным. [c.256]

Рис. 5. Зависимость расчетного удельного импульса для топлива Н2—О2 от давления в камере и соотношения компонентов топлива при разном характере течения в сопле ракетного двигателя.

Расход водорода и кислорода в камере сгорания стационарно работающего ракетного двигателя составляет соответственно 24 и 72 кг/с. Водород и кислород поступают в виде насыщенных жидкостей при температурах 20 и 88 К соответственно. Энтальпии испарения при этих температурах равны соответственно 452 и 214 кДж/кг. Весь кислород расходуется до того, как продукты горения покинут камеру и поступят на сопло. Побочными потерями тепла и кинетическими энергиями потоков на входе и выходе камеры сгорания можно пренебречь. Показать, что на выходе камеры температура равна 2443 К. Найти скорость течения в той точке сопла, где температура составляет 1000 К. [c.460]

Причина этого, по нашему мнению, состоит в том, что в период бурного развития ракетной техники, когда закладывались традиции конструирования двигателей, еще не было ни достаточно мощных компьютеров, ни адекватной математической теории трансзвуковых течений газа. Поэтому основное внимание было обращено на разработку инженерных методик. Однако их применение для конструирования кольцевого ракетного двигателя было обречено на неудачу. Действительно, характерная особенность такого двигателя состоит в том, что высота критического сечения сопла является малой величиной, пропорциональной расстоянию от оси симметрии (при той же площади критического сечения, что и в обычном сопле). Это означает, что к точности аэродинамического проектирования кольцевого [c.129]

Для случая течения в расширяющемся канале (таком, как ракетное сопло) можно показать, что газ остается в состоянии равновесной диссоциации, пока плотность не упадет до такого [c.327]

Рассмотрим п р и м ер использования толщин вытеснения и потери импульса при оценке влияния пограничного слоя на тягу ракетного двигателя. Опустим ряд деталей (1]. Пусть идеальное плоское сопло Лаваля рассчитано для получения тяги R = Gu (штрихпунктир на рис. 15.3). При реальном течении в сопле Лаваля возникает пограничный слой и тяга уменьшится, по сравнению с расчетной, за счет уменьшения расхода и скорости жидкости в пограничном слое. Для восстановления тяги до расчетной при неизменных р и Г и рс = рп необхо- [c.274]

Наиболее сложная операция — это взятие проб состава, так как необходимо гарантировать, чтобы состав исследуемых продуктов сгорания оставался постоянным от момента взятия пробы до окончания анализа. Для фиксирования состава обычно применяют резкое охлаждение газа в течение очень короткого промежутка времени (меньшего, чем время, потребное на рекомбинацию). Процесс отбора проб, разработанный в ракетной лаборатории США [53], заключается в том, что газ расширяется в сопле, а затем охлаждается гелием. При этом на изменение температуры газа от Т до 1000° К затрачивается время порядка 10-5 сек. Данный метод был применен для исследования изменения химического состава газов в камере сгорания ракетного двигателя [47, 53, 54]. В результате оказалось возможным рассчитать скорость изменения химического состава газов вдоль всей камеры сгорания. [c.563]

Двухфазные течения в соплах ракетных двигателей. — ВРТ, 1974, № 7, с. 37—41. [c.218]

Теория авиационных и ракетных двигателей, общая теория течений газа в реактивных соплах, как в одном из вариантов каналов, и некоторые специальные вопросы газовой динамики в реактивных соплах рассмотрены в книгах и монографиях [1]-[5], [24], [32], [52]-[65] и других. [c.13]

Диссоциация газа — распад молекул на более простые элементы, включая и атомарные состояния, — характеризуется тем, что кинетическая энергия движения молекул переходит в колебательную и вращательную энергию атомов. Аналогичные процессы происходят и в реактивных соплах ракетных двигателей, реальное течение в которых высокоскоростной, высокотемпературной и реагирующей среды и методы описания этих процессов существенно усложняются. При расширении высокотемпературных продуктов сгорания в реактивных соплах время пребывания газа в них становится сравнимым с характерным временем химических реакций в этом газе. При понижении температуры газа в процессе расширения скорости химических реакций резко [c.346]

Карлсон Д., Экспериментальное определение теплового запаздывания при течении газа с твердыми частицами в сопле. Ракетная техника, № 7, 136 (1962). [c.501]

X о г Л a H Д, Последние достижения в исследовании течений газа с твердыми частицами в сопле. Ракетная техника, № 5, 3 (1962). [c.509]

При работе тепловых двигателей, компрессоров, холодильных установок, высокоскоростных летательных аппаратов отдельные части и узлы этих установок нагреваются. Для того чтобы конструкция работала надежно, необходимо предусмотреть меры, которые установили бы предел росту температуры. В противном случае нормальная работа таких установок может прекратиться, так как конструкционные материалы при нагревании теряют прочность и при определенной температуре разрушаются. Например, если не предусмотреть специальных мер для защиты камеры сгорания и сопла, то ракетный двигатель разрушится в течение долей секунды. Баллистическая ракета, входящая в плотные слои атмосферы, без тепловой защиты ее головной части и стенок корпуса разрушится в течение нескольких секунд, так как температура ее головной части при этом достигает нескольких тысяч градусов. [c.6]

Ракетные двигатели легки, могут работать в пустоте и способны развивать в течение короткого времени очень большие тяги, практически недостижимые для двигателей других типов. Например, в настоящее время имеются жидкостные ракетные двигатели с одним соплом, развивающие в полете тягу до 800 Т. На больших современных космических ракетах на первой ступени ставится несколько таких двигателей. Существуют ракетные двигатели на твердом топливе, которые развивают тягу в несколько тысяч тонн. [c.130]

Расчет параметров газа в предсопловом объеме и в сопле относится к задачам внутренней газодинамики, решению которых посвящены монографии [5, 6], а также многочисленные труды по проектированию ракетных двигателей. Наиболее изученным является течение в одиночном сопле Лаваля, на примере которого в дальнейшем излагаются проблемы газодинамики струйных течений. [c.13]

Класс сквозных дисперсных систем характерен тем, что скорости компонентов в принципе не имеют по верхнему пределу физических ограничений типа рассмотренных выше (технические ограничения, разумеется, существуют—по экономическим соображениям, истиранию частиц, эрозии поверхности и пр.). По нижнему пределу скорости ограничены неравенствами у>0, Ut>0. В этом — одно из основных отличий данного класса дисперсных систем от всех остальных. Согласно определению в этот класс входят все полностью проточные системы и поэтому, например, можно рассматривать как течение потока газовзвеси (продуктов сгорания металлизированного топлива) сквозь ракетное сопло, так п медленное гравитационное движение непродуваемо и слоя в вертикальной колонне. В первом случае скорость может достигать сверхзвуковых величин, а во втором — сотых долей м1сек. Если аналогично числу псевдоожижения Nn ввести число Nn как отношение максимальных и минимальных скоростей, при котором сохраняется отличительная особенность данного класса дисперсных систем (одновременный и непрерывный проход компонентов), то для сквозных потоков получим Л п.макс, ИС-числяемое величиной в 4—5 порядков, т. е. Л п.макс [c.19]

Зив npti высоких температурах (течения в камерах сгорания авиационных и ракетных двигателей и обтекание корпусов ракет и г. д.) и больших сверхзвуковых скоростях (в соплах двигателей). [c.9]

Развитие газовой динамики в XX в. — сложный процесс он в большой схепени стимулировался необходимостью исследования новых явлений, нри которых вужно учитывать сжимаемость. В конце XIX в. к проблемам акустики и баллистики присоединились проблемы детонации и взрыва, течений в каналах и соплах. В XX в. возникли задачи, связанные с развитием авиационной и ракетной техники (обтекание винтов, крыльев самолетов, ракет). Изучение этих проблем расширило газодинамические представления и позволило сформулировать важные понятия газовой динамики, а также создать физические модели различных течений сжимаемой жидкости и разработать иеобходимаай математический аппарат для их анализа. [c.308]

Коэффициент полезного действия всегда привлекает инженера своей числовой наглядностью, и, конечно, хочется узнать, что же дает сопло ракетного двигателя по сравнению с другими преобразователями энергии. Однако с огорчением можно заметить, что написарпюе выражение для термического к. п. д. следует рассматривать скорее как качественную, а не количественную характеристику. В основе всех до сих пор проведенных выкладок лежало предположение об адиабатическом течении газа постоянного состава, откуда и появился неизменно сопровождавший нас до сих пор показатель адиабаты к. Принятое упрощение не вносило сколь-либо существенных искажений в качественную картину течения газа по соплу. Но вот числовое значение термического к. п. д. довольно существенным образом зависит от показателя адиабаты. Если принять, скажем, как для воздуха, =1,4, то при ра/ро = 0.001 термический к. п. д. равен 0,78. При к= , 2 получаем т) = 0,68. [c.179]

Для проверки аналитического метода расчета потоков по показаниям двух термопар, заделанных на разной глубине в стенке сопла ракетного двигателя, при определении тепловых потоков около 10 вт1м А. Витте и Е. Харпер использовали устройство, аналогичное тепломеру Перри [332]. Тепломеры представляли собой медные вкладыши с оболочками из полиэфирной смолы, обеспечивающими организованное течение охлаждающей среды. Расход воды через каждый тепломер измерялся укороченным кавитационным соплом Вентури, а повышение температуры — хро-мель-константановыми дифференциальными термопарами. [c.11]

Это соотношение указывает, что в критическом сечении сопла скорость течения газа равна скорости звука Окр в данном газе при давлении Ркр и температуре Гкр. Дальше-по потоку, за критическим сечением, в расширяющейся части сопла скорость продолжает нарастать и становится, таким образом, сверхзвуковой. Вот почему эти сопла и называют сверхзвуковыми. Когда в критическом сечении достигнута звуковая скорость, говорят, что наступает кризис течения в сопле (или запирание потока), и величина массового расхода, проходящего через него, определяется исключительно условиями в критическом сечении, т. е. не зависит от условий на выходе из сопла. Соотношения (10), (II) и (12) сохраняют силу для изоэнтропных сопел, в которых скорость на входе не равна нулю, поскольку для различных переменных, характеризующих условия на входе в сопло, мы используем их значения, соответствующие заторможенному состоянию. В связи с тем, что в ракетных двигателях можно получить достаточно высокое отношение давлений, Ьопла этих двигателей всегда бывают сверхзвуковыми. [c.79]

Мы видели, что удельный тепловой поток в стенку максимален вблизи критического сечения сопла. Поэтому в районе критического сечения сопла скорость течения охлаждающей жидкости должна быть повыщенной. Приведем пример классического расчета из книги Синярева и Добровольского [4], чтобы проиллюстрировать указанные два метода расчета теплообмена в ракетном двигателе с регенеративным охлаждением одним из компонентов. [c.447]

В соплах реактивных двигателей могут сугцествовать все три режима течения. Однако для большинства современных воздушно-реактивных и ракетных двигателей, имеюгцих достаточно большой уровень тяги, пограничный слой в реактивных соплах является турбулентным. Именно для этого режима течения получено большинство расчетных и экспериментальных данных, как представляющего наибольший практические интерес. [c.90]

Возвращаемый корабль как основная часть являлся многоразовым и мог эксплуатироваться в течение 30—50 полетов. Многоразовость достигалась как за счет применения теплозащитных материалов многократного использования (по опыту корабля Буран ), так и новой схемы вертикальной посадки на Землю—с помощью многоразовых жидкостных ракетных двигателей для гашения вертикальной и горизонтальной скоростей посадки. Кроме функции торможения при посадке, эти ЖРД выполняли роль двигателей ориентации и причаливания в космосе. Сопла двигателей были наклонены под углом к оси корабля, с тем чтобы их струи не повредили обшивку аппарата. [c.516]

СТРУЯ, форма течения жидкости, при к-рой жидкость (газ) течёт в среде (газе, жидкости, плазме) с отличающимися от С. параметрами (скоростью, телш-рой, плотностью и т. п.). Струйные течения чрезвычайно распространены и разнообразны (от С., вытекающей из сопла ракетного двигателя, до струйных течений в атмосфере и океане). При их изучении рассматриваются изменения скорости, плотности, концентрации компонентов газа и темп-ры как в самой С., так и в окружающей её среде. Струйные течения классифицируют по наиболее существ, признакам, характеризующим течение в С. Наиб, распространены С., вытекающие из сопла, трубы или отверстия в стенке сосуда. В зависимости от формы поперечного сечения отверстия (сопла) рассматривают круглые, квадратные, плоские С. и т. гг. Если скорости течения в С. на срезе сопла параллельны, её наз. осевой различают также веерные и закрученные С. [c.729]

Использование влажного пара в паровых турбинах, особенно атомных электростанций, создание струйных насосов, инжекторов или сопел для разгона жидкости с помощью скоростного потока расширяющегося газа или пара, использование высококалорийных металлизированных ракетных топлив, продукты сгорания которых содержат значительное по массе количество твердых частиц окислов, стимулировали исследования но высокоскоростным течениям газовзвесей и нарокапельных смесей в соплах и диффузорах. Здесь же отметим работы применительно к созданию пневмотранспорта твердых частиц потоком газа. [c.12]

Появление сверхзвуковых летательных аппаратов, ракетных двигателей и т. п. усилило интерес к процессам теплопроводности при нестационарном режиме. В ряде случаев расчет тепловой защиты головной части ракеты или стенок камеры сгорания и сопла двигателя целесообразно )зести с учетом нестацйбнарности режима. Дело в том, что летательные аппараты и их двигатели в ряде случаев работают в течение очень короткого времени и поэтому тепловые процессы в элементах их конструкции не успевают выйти на стационарный режим. [c.60]

Как показали исследования, спектр шума свободной струи является практически сплошным, он в значительной мере зависит от расположения точки измерения. Высокочастотный шум создается участками струи, расположенными вблизи сопла, низкочастотный шум — участками газового потока, находящимися ниже по течению струи. Интенсивный шум создается при выхлопе и всасывании газов. Такой шум возникает при работе компрессоров, пневматических инструментов, турбореактивных, ракетных двигателей и др. Эти шумы являются следствием вихреобразо-вания и пульсации давления. [c.152]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...