книги из ГПНТБ / Аксентьев С.Т. Сопла ракетных двигателей учеб. пособие

20 -

Воспользовавшись уравнением Бернулли для сжимаемого га­ за в форме -^q-" + ^.-= 0 t уравнение (1.21) запишем:

аре и

Невидно, что равенство (1.22) имеет место лишь тогда, когда рс = рн . При этом величина d(j>cV/c) - выражающая кинетическую энергию газового потока, достигает своего макси­

мального значения.

И

Следовательно, ДР работе сопла на расчетном режим»

рс=Рн *яга, развиваемая двигателем,иаксииальЕа.

ЕСЛИ же давление в газовом потоке на срезе сопла ока вается не разный давлению окружающей среды, то сопло работа на нерасчетных режимах, которых может быть два.

б) Давление потока на срезе согза больше давления окружающей среды ( рс. > ри )

Такой режим называется режимом работы сопла с недорасш рением. В этом случав газовая струя выходит из сопла, имея избыток давления, и расширение её до давления окружающей сре заканчивается уже вне сопла. При этом чем больше разность м давлением в потоке и давлением окружающей ореды, тем большая часть энергии газового потока уносится из сопла и безвозвр но рассеивается в окружающем пространстве, а двигатель раз­ вивает тягу меньше расчетной.

Вытекающая as еопла недорасашренная струя имеет ярко

раженные зоны расширения и сгатия, которые хорошо визуально

сматриваются при экспериментах.

Рассеяние энергии газового потока в недорасширенной стр

происходит в системе волн сжатия и расширения,возникающих в

ри струи, следующим образом, на начальном участке течения

Рс>Ри

Рис.1.6.

(рис.Т;6) струя движется как бы продолжая чонтур сопла.Попе

ные размеры её увеличиваются.Если принять,что сопло плоское

есть имеет форму сильно вытянутого прямоугольника (рис.1.6)

* ПРИМЕЧАНИЕ:

такая форма сопла принята для простоты рассуждения, посколь осесимметричных соплах картина истечения имеей сложный вид и , настоящего времени недостаточно изучена*'*

Как видно из (рис. 1.6), поток дважды пересекает волны разрежения. При ьъои если после первого пересечения давление в зонах (2) ерах лвается с атмосферный, то после второго п сечения в зоне (3) устанавливается давление ниже атмосферног

ипоток разгоняется. Затем он вновь поворачивается на угол

§' по направлению к оси сопла.

Волны раврекения , достигнув

границы струи, - отражаются от нее в виде волн сжатия

иВД', СД . Проходя через них, поток снова тормозится, i дав­ ление в нем^гоны( 4 ) ] опять сравнивается о атмосферным. После вторичного прохождения волн сжатия поток ещё больше тормози

идавление в зоне (5) теперь уже енова превышает давление окружающей среды,и т.д.

Каждый раз,проходя волны разрежения или сжатия,поток р ходует запас энергии«который он имел на выходе из сопла.По му чем дальше от среза сопла, тем интенсивность волн разре ния и сжатия уменьшается, пока они совсем не исчезнут и по не рассеется в окружающем пространстве.

Очевидно, что для течения 1рсУ~рн условие максимума в уравнении (1.22? не выполняется, поэтому и тяга двигателя оказывается меньше расчетной.

- 24 -

После выхода ив сопла газовая.струя под действием внеш

него взбыточного давления сужается, поворачиваясь на угол 5

по направлению к оси сопла. При этом давление в струе увели

вается от значения рс в сбласти(1) до р н в областях ( 2 ) . Так как вытекающий из сопла газовый поток сверхзвуковой, то как известно из курса аэродинамики, увеличение давления в н может осуществляться только в системе окачков уплотнения?

на оси сопла в точке Е

В точке пересечения возникает новая пара скачков ЕВ л

' , которые замыкаются на внешней границе струи в наибол увком её сечении. Интенсивность рассмотренных скачков зависит

Пройдя черев скачки ЕВ и Е В ' , газовый поток еще

больше затормозится,м в зонв(з)устаногится давление, превышаю­ щее давление окружающей среды. В точках пересечения скачков

через указанные волны разрежения,поток снова вачинаег расши­ ряться, а давление в зонах (4) вновь устанавливается ниже атмосферного. Закяи образом, и в этом случае мы наблюдаем ря чередующихся сужений и расширений поперечных размеров струя, интенсивность которых в,результате рассеяния энергии потока уменьшается, пока,наконец, скачки не исчезнут оовсем.

некоторого предельного значения 5^<^^у(при данном значен

М с) стремится войти внутрь сопла.

Рио. 1.8»

С падением давления в камере скачок EjEj все глуб

ходит в сопло, npiL атом интенсивность его ослабляется. Приб зившись к критическому сечению сопла, скачок Ej исчезае в сопле устанавливается течение, аналогичное течению в про стом сужающемся vсопле.

~26 -

Вобщем случае местоположение поверхности скачка £ y £ V

определяется величиной

Необходимо отметить ,что режимы, при которых скачок вход в сопло» встречаются в двигателях довольно редко. Обычно газ расииряется до выходного сечения сопла и вытекает со сверх­ звуковой серостью в окружающее пространство.

В реальных соплах при входе окачка внутрь сопла происх дит отрыв пограничного слоя от стенок сопла,и вся картина е более усложняется.

Более подробно этот вопрос будег рассмотрен в следующей главе.

- 27 -

ГЛАВА И

ТЕЧЕНИЕ ГАЗА В РЕАЛЬНОМ СОПЛЕ

§ 2.1. Подери энергии газового потока i сопле ракетного двигателя

По теории одномерного изоэнтропийного течения идеального газа в первой главе были получены все основные уравнения, характеризующие поток, движущийся по соплу<

Однако использование этих уравнений для практических расчетов не пригодно, так как приводит к значительный погреш стям в определении основных параметров и размеров проектиру го сопла.

Появление погрешностей в расчетах объясняется тем, что реальных соплах всегда существуют потери анергии газового тока, которые необходимо учитывать.

Все потери, имеющие место в соплах ракетных двигателе по их физической природе можно условно разделить на две гории:

-внутренние потери, возникающие во внутреннем канале

сопла;

-внешние потери, связанные с нерасчетностью режима ра боты сопла.

Внутренние потери характеризуют степень совершенства процессов и качество изготовления сопла.

Внешние потери связаны с нерасчетностью режима работа сопла к не зависят от качества протекания газодинамических процессов и совершенства конструкции сопла. Они имеют совер­ шенно иную природу.

2 3 -

Поэтому оба гида потерь следует рассматривать независи друг от друга.

К внутренним потерям энергии газового потока в реаль соплах пакетных двигателей следует отнести:

Перечисленные выне внутренние потери в сопле приводят

к снижению средней скорости газа на выходе из сопла Wc

сравнению с истечением из идеального сопла Vue„j. • Пр* зтом та

же снижается и величина полного давления газа на выходе и

сопла р с * по сравненив с идеальным соплом Р*цд • В конеч­ ном счете появление внутренних потерь приводит к уменьшени по сравнению с тягой такого же идеального

Суммарные потери в сопле Ус обычно оцениваютоя прои

Дадим качественную оценку каждому из перачисленных в

дов потерь.