3.2. Воздухозаборники с системой скачков
При больших сверхзвуковых скоростях полета (М > 1,7) эффективность диффузоров с прямым скачком на входе снижается из-за резкого возрастания потерь давления в прямом скачке.
Как было показано ранее, при фиксированном числе М интенсивность косого скачка существенно меньше, чем прямого, а, следовательно, и потери давления в нём также меньше.
Поэтому, в целях повышения эффективности диффузора, торможение сверхзвукового потока и преобразование его в дозвуковой можно осуществлять в два этапа. Вначале в косом скачке или в системе косых скачков до чисел М < 1,5 ÷ 1,7, а затем в замыкающем слабом прямом скачке. Число и интенсивность косых скачков определяется скоростью набегающего потока.
Коэффициент восстановления давления для системы скачков находится как произведение коэффициентов восстановления давления i-х скачков σi всех n скачков системы
=
.
При фиксированных числах М полета и числе скачков уплотнения интенсивность их можно выбрать таким образом, чтобы обеспечивалось максимально возможное значение коэффициента восстановления давления σmax. Такая система скачков называется оптимальной. На рис. 21 приведена зависимость σmax для различных систем скачков уплотнения от числа М набегающего потока. Здесь кривые соответствуют:
1) прямой скачок,
2) косой скачок с последующим прямым,
3) два косых скачка с последующим прямым,
4) три косых скачка с последующим прямым скачком.
Рис. 21. Зависимость максимального коэффициента
восстановления давления оптимальных систем
скачков от числа М полета
Из рисунка видно, что системы скачков могут дать большой эффект лишь при очень высокой скорости. Так, при М< 1,5 хорошие результаты дает один прямой скачок, и более сложные системы скачков не требуются. М ≥1,5 можно применять двухскачковую систему (один косой скачок с последующим прямым). И лишь при М ≥3 , преимуществом обладает четырех скачковая система (три косых с последующим прямым).
Выше рассмотренные результаты относительно систем скачков уплотнения применимы непосредственно к плоским воздухоза-борникам и с незначительными изменениями к осесимметричным.
Схема плоского диффузора с двумя скачками уплотнения приведена на рис.22. для получения первого косого скачка с нужным углом наклона β, необходимо подобрать клинообразный выступ, отклоняющий поток на угол θ по рис.9. При этом, если расстояние ОС выбрано из условия встречи фронта скачка ОА с кромкой входного отверстия, то внешнее обтекание диффузора не нарушается и дополнительного внешнего волнового сопротивления не возникает. Площадь входного отверстия диффузора должна быть рассчитана так, чтобы скорость потока в нем равнялась скорости за прямым скачком. В этом случае прямой скачок помещается в плоскости СА и не влияет на внешнее обтекание.
Н
а
рис. 23 показана схема диффузора с тремя
скачками уплот-нения. В этом случае
поверхность клина имеет излом. Углы
отклонения первого и второго косых
скачков также подбираются по рис.9 в
соответствии с заданными углами наклона
скачков β1
и β2,
с учетом скоростей потока перед первым
скачком (М1)
и перед вторым (М2).
Площадь входного отверстия СА подбирается
по скорости за прямым скачком (Мпр).
Расстояния ОD и DC вычис-ляются из условия пересечения скачков СА и DA на кромке входного отверстия. При этом через систему из трех скачков проходит только воздух, поступающий внутрь диффузора; внешнее же обтекание такой системой скачков не возмущается.
В зависимости от места распо-ложения скачков уплотнения относительно плоскости входа сверхзвуковые диффузоры можно подразделить на диффузоры с внешним, внутренним и смешанным сжатием. Если в этих диффузорах увеличивать число скачков, то в пределе можно получить непрерывное изоэнтропическое торможение потока практически без потерь давления. Такие диффузоры называются изоэнтропическими. Их схемы показаны на рис.24.
Рис. 24. Схемы сверхзвуковых диффузоров с изоэнтропическим сжатием