Теория расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетичес.-1

возможно добиться с применением сверхзвукового РС (рис. 9.1).

щейся части сверхзвукового РС.

давления в сопле Лаваля πc.расп = Рис. 9.1. Сверхзвуковое РС = πкрπсвз будет определяться сте-

пенью понижения давления в его сверхзвуковой (расширяющейся) части πсвз , которая зависит от степени уширения сопла:

На нерасчетных режимах работы сверхзвукового РС имеет место недополучение тяги двигателя. Особенно большие потери тяги наблюдаются на режиме перерасширения.

Для поддержания расчетного режима (pс = рн) необходимо регулировать величину Fc (Fкр, Fc) при изменении условий полета и режима работы ВРД.

9.2.3. Потери энергии в РС

Критерии оценки потерь в РС:

– коэффициент скорости

231

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

оценивает потери кинетической энергии в РС.

Виды потерь в сверхзвуковых РС:

–внутренние потери;

–потери, связанные с нерасчетностью режима работы РС;

–потери, связанные с преодолением внешнего сопротивления ВУ.

Внутренние потери

1.Потери на трение (гидравлические потери). В сверх-

звуковых РС потери на трение (оцениваются φтр) 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.

2.Потери, связанные с рассеиванием выходной скорости (для конических каналов) (рис. 9.2), где 2α – угол раствора; са.ср = ссφрас – средняя осевая составляющая скорости.

232

5. Тепловые потери, связанные с теплоотдачей через

стенки сопла (φтепл).

Суммарные внутренние потери сверхзвукового РС φс определяются как произведение:

Потери, связанные с нерасчетностью режима работы РС

Этот вид потерь оценивается при помощи коэффициента нерасчетности режима работы сопла:

где Rc = Мгсс + Fс(рс – рн) – тяга сопла; Rс.п = Мгсс – тяга сопла при полном расширении (расчетный режим).

На расчетном режиме Kс = 1, так как Rc = Rс.п.

Для оценки суммарных потерь (φс и Kс ) вводят комплексный критерий – коэффициент тяги сопла:

где Rс.ид – тяга идеального сопла (полное расширение Kс = 1

иотсутствие внутренних потерь φс = 1).

Вобщем случае

На расчетном режиме Rc = ϕс , так как Kс =1 .

Потери, связанные с преодолением внешнего сопротивления ВУ

Этот вид потерь оценивается с помощью коэффициента внешнего сопротивления ВУ:

234

Наличие внешнего сопротивления ВУ Хс вызвано взаимодействием внешнего потока, обтекающего ВУ, и струи газов, истекающей из РС, а также аэродинамическим сопротивлением и зависит от числа М полета, полной степени расши-

9.2.4. Характеристики реактивного сопла

Характеристики реактивного сопла (ХРС) – это зависимости коэффициента эффективной тяги сопла Rc.эф от полной

ния (рс < рн) уменьшается Rc .

235

рис. 9.3, линия 2) по сравнению с безотрывным перерасширением (см. рис. 9.3, линия 1).

При достижении скачком Fкр он исчезает и течение в РС становится дозвуковым. Потери от перерасширения стано-

вятся равны нулю(Kc =1) , и Rc возрастает.

Для поддержания Rc ≈ Rc max необходимо подстраивать значения πc.расп к значениям πc.п , то есть регулировать степень расширения сверхзвуковой части сопла, изменяя Fc = = Fc / Fкр (относительную площадь среза РС), при изменении параметров полета и режимов работы двигателя.

9.2.5. Регулирование РС

Задачами регулирования РС являются:

–поддержание необходимого значения Tг ;

–уменьшение влияния ФК на турбокомпрессорную часть при работе двигателя на форсажных режимах;

–уменьшение потерь тяги из-за недорасширения или перерасширения;

–увеличение запаса устойчивости ОК ∆Kу на пониженных режимах работы (малые n) и при запуске двигателя;

–уменьшение времени переходных процессов двигателя при переходе на повышенные или пониженные режимы

(↑↓ n).

Способы регулирования РС:

–регулирование створок дозвукового сопла (рис. 9.4, а);

–регулирование створок сопла Лаваля (рис. 9.4, б);

При регулировании дозвукового сопла или сопла Лаваля с помощью поворотных створок наряду со снижением потерь

от нерасчетности режима работы РС (↑↑ Kc ) возрастают внутренние потери (↓ϕc ) из-за неровностей мест сочлене-

237

ния створок и утечек газа в них, поэтому Rc возрастает

не столь значительно, как можно было бы ожидать. Кроме того, регулируемое сопло Лаваля получается слишком сложным, особенно в двигателях с ФК из-за высоких значений

температуры Tф .

аб

Рис. 9.4. Способы регулирования РС: а – дозвуковое РС; б – сверхзвуковое РС

Приведенные выше причины определили необходимость поиска альтернативных сопел, например эжекторных

(рис. 9.5).

Рис. 9.5. Регулирование эжекторного РС

Основным параметром эжекторного сопла является коэффициент эжекции:

238

где М2 – вторичный поток атмосферного воздуха, необходимый для обеспечения безударной встречи первичного потока М1 с обечайкой 2 и охлаждения сопла.

Применение створок 3 позволяет в сопле, рассчитанном на большие числа М полета, предотвратить перерасширение газа на дозвуковых скоростях полета за счет подвода в сопло дополнительного расхода воздуха М3. Граница расширяющейся струи при этом не достигает поверхности обечайки 2 и через образовавшийся зазор во вторичном контуре, за срезом насадка, устанавливается давление рн. РС начинает работать как дозвуковое сужающееся сопло.

Способы регулирования эжекторного сопла (см.

рис. 9.5):

–регулирование расхода воздуха М2;

–регулирование створок на обечайке сопла и на насадке – соответственно 1 и 2;

–использование створки 3 подпитки дополнительным воздухом М3.

9.3.Управление вектором тяги

9.3.1. Реверсивные устройства

Реверсивные устройства (РУ) предназначены для улучшения взлетно-посадочных характеристик ЛА (уменьшение длины пробега) и его маневренности в полете и на земле (при рулении) за счет поворота потока газа из сопла в направлении полета ЛА.

Отрицательная тяга создается за счет поворота реактивной струи с помощью специальных отклоняющихся решеток перед РС (рис. 9.6, а) или отклоняющихся створок за РС

(рис. 9.6, б).

РУ решетчатого типа имеют меньшую массу, но большее гидравлическое сопротивление в выключенном положении и меньшую обратную тягу Rобр.

239