Назначение и выбор типа рс

РС является основной частью ВУ ВРД и предназначено для преобразования части энтальпии газового потока после ГТ в кинетическую энергию струи газа, истекающей из двигателя (создание реактивной тяги).

Выбор типа РС (дозвуковое или сверхзвуковое) определяется в первую очередь полной степенью расширения газа в РС – .

Величина зависит от типа ВРД, режима его работы и параметров полета.

При дозвуковых скоростях полета у ТРД и ТРДД с сужающимся РС: = 6…7 (Н ≥ 11 км); = 2,5…3,0 (Н = 0).

Максимальная тяга двигателя с сужающимся РС R_max достигается при

(р_с = р_н; с_с = с_кр),

где = 1,86, при к_г= 1,33.

При сужающееся РС работает на режиме недорасширения (см. рис. 1.13, б). При незначительном превышении > потери из-за недорасширения невелики, поэтому выгодно применять сужающиеся сопла, отличающиеся простой конструкцией и малым весом.

Сужающиеся сопла применяются при полете на дозвуковых и малых сверхзвуковых (М < 1,3) скоростях.

Так как температура на срезе РС Т_с > Т_н, то критическая скорость истечения газа из РС – скорости звука в атмосфере, следовательно, на малых сверхзвуковых скоростях полета удельная тяга R_уд = с_кр – V > 0, где V = аМ, сле­довательно, R > 0, и разгон ЛА до сверхзвуковой скорости возможен.

При потери из-за недорасширения в сужающемся РС существенно возрастают и, целесообразно применять сверхзвуковое РС (сопло Лаваля).

Сверхзвуковое рс

Д

Рис. 1.17. Сверхзвуковое РС

ля увеличения тяги R необходимо увеличивать c_c, увеличивая степень расширения газа в сопле , и сохранять при этом режим полного расширения . Этого возможно добиться с применением сверхзвукового РС (рис. 1.17).

При , реализуется в сужающейся части сверхзвукового РС. Так как , то суммарная степень понижения давления в сопле Лаваля будет определяться степенью понижения давления в его сверхзвуковой (расширяющейся) части , которая зависит от степени уширения сопла:

(1.15)

Максимальная тяга R_max достигается при равенстве , соответствующем расчетному режиму работы РС (p_с = р_н).

При (p_с > р_н) – режим недорасширения.

При (p_с < р_н) – режим перерасширения.

На нерасчетных режимах работы сверхзвукового РС:

(p_с > р_н) – режим недорасширения;

(p_с < р_н) – режим перерасширения,

имеет место недополучение тяги двигателя. Особенно большие потери тяги наблюдаются на режиме перерасширения.

Для поддержания расчетного режима (p_с = р_н) необходимо регулировать величину (F_кр, F_c) при изменении условий полета и режима работы ВРД.

Потери энергии в рс

Критерии оценки потерь в РС:

– коэффициент скорости

φ_с = с_с/c_c.ад ≈ 0,97…0,985, (1.16)

оценивает потери скорости в РС, то есть скорость истечения из реального РС:

; (1.17)

– коэффициент сохранения полного давления в РС

; (1.18)

– кпд РС

, (1.19)

оценивает потери кинетической энергии в РС.

Виды потерь в сверхзвуковых РС:

– внутренние потери;

– потери, связанные с нерасчетностью режима работы РС;

– потери на преодоление внешнего сопротивления ВУ.

Внутренние потери

1. Потери на трение (гидравлические потери).

В сверхзвуковых РС потери на трение (оцениваются φ_тр) значительны, так как в расширяющейся, достаточно длинной части РС течет сверхзвуковой поток.

Для снижения этого вида потерь можно применить эжекторные сопла, в которых расширение газа за критическим сечением происходит в границах свободной струи без стенок.