(Сплошными линиями показано положение ре регулируемых элементов при малых , штрихпунктирными – при сверхзвуковом полете)

На рис. 5.8, а показана схема сопла с двумя рядами последовательно расположенных наружных створок. Створки закреплены на шарнирах и специальным механизмом одновременно поворачиваются, плавно изменяя площадь критического и выходного сечений сопла. Сопло такого типа обеспечивает малые потери, но конструктивно весьма сложно.

На рис. 5.8, б показана схема эжекторного сопла. Оно состоит из сужающейся части с регулируемыми створками 3 и уширяющейся части с регулируемыми створками 5. Между ними в кольцевой канал поступает вторичный воздух 4. На старте и малой скорости полета этот воздух эжектируется газовой струей, а при сверхзвуковом полете он подается после воздухозаборника под давлением. Вторичный воздух охлаждает детали сопла и создает «гибкую» стенку в переходном участке между сужающейся и уширяющейся частями сопла.

При работе эжекторного сопла в условиях малых скоростей полета, когда оно работает как сужающееся, имеется опасность притекания основного потока газа, вытекающего из сужающейся части сопла, к стенкам уширяющейся части, в результате чего существенно снижается эффективность сопла на этом режиме. Для устранения этого эффекта в эжекторном сопле может быть применен дополнительный подвод так называемого третичного воздуха. В такой конструкции начало уширяющейся части сопла выполняется неподвижным и створки располагаются у выходного сечения (рис. 5.8, в).

Створки сужающейся части эжекторного сопла всегда принудительно регулируются с помощью силовых цилиндров и системы рычагов и колец. Створки уширяющейся части реактивного сопла в некоторых конструкциях принудительно не регулируются и выполняются самоустанавливающимися под действием перепада давления газа (изнутри) и атмосферного воздуха (снаружи).

Меньший диапазон регулирования по сравнению с рассмотренными схемами имеет сопло ирисового типа, схема которого показана на рис. 5.8, г. Это сопло также образовано многими створками, но они не закреплены на шарнирах, как в предыдущих типах, а могут перемещаться в направляющих по дуге окружности вдоль оси сопла. В выдвинутом положении створки образуют дозвуковое сужающееся сопло с цилиндрическим выходом, а во втянутом – сверхзвуковое сопло. Сопло такой конструкции легче других, и поэтому, несмотря на ограниченную величину получаемой степени уширения, оно находит практическое применение, особенно в тех случаях, когда сверхзвуковой полет составляет относительно небольшую часть от общей продолжительности полета.

Силовые гидроцилиндры привода створок уширяющихся сопел работают в довольно тяжелых температурных условиях. Они подогреваются горячими деталями сопла, а при высоких сверхзвуковых скоростях полета температура обдувающего их воздуха благодаря скоростному нагреву составляет несколько сот градусов. Поэтому гидроцилиндры приходится теплоизолировать, а иногда и охлаждать, пропуская через них керосин, который затем возвращается в топливный бак.

Билет 10

1. Центробежные компрессоры. Теоретическая работа ступени.

Теоретически максимально возможная работа, сообщаемая воздуху на колесе с радиальными лопатками, соответствует условиям, когда начальная закрутка потока отсутствует и воздух выходит из колеса точно в радиальном (по отношению к нему) направлении и обладает его окружной скоростью . Величина этой работы может быть определена различными путями. Так, развиваемый потоком момент количества движения относительно оси вращения колеса при принятых условиях будет равен:

где – сообщенная (в случае осевого входа) воздуху скорость вращательного движения на колесе с радиусом .

Этот момент равен крутящему моменту, действующему на колесе. Поэтому сообщаемая воздуху секундная работа

и, следовательно, теоретическая удельная работа [Дж/кг]

Как видно, теоретическая удельная работа центробежной ступени выражается так же, как и работа, которая является исходной при определении коэффициента теоретического напора ступени осевого компрессора.

Последнее уравнение может быть получено и исходя из общих энергетических соотношений. Работа, сообщаемая воздуху во вращающемся направляющем аппарате и рабочем колесе, идет на увеличение его энтальпии и кинетической энергии

В теоретическом случае, при поступлении воздуха в центр вращения и отсутствии трения повышение энтальпии обусловлено только сжатием воздуха под действием центробежных сил. Поэтому

.

где:

- поверхность элементарного объема, на которую действует в радиальном направлении давление .

- центробежная сила элементарного объема с массой dm;

При движении воздуха по колесу с постоянной относительной радиальной скоростью изменение его кинетической энергии обусловлено только сообщением ему окружной скорости . Поэтому

Как видно, в теоретическом случае сообщаемая работа идет в равной степени как на увеличение энтальпии (на сжатие), так и на повышение кинетической энергии воздуха. Поэтому применение за колесом диффузора обязательно для достаточно эффективного использования затрачиваемой работы.

Относительное радиальное равномерное движение частиц воздуха на колесе, а следовательно, их абсолютное движение по спирали с возрастающей окружной составляющей скорости обусловливает появление так называемых сил Кориолиса, действующих перпендикулярно относительной скорости в сторону, обратную направлению вращения. Эти силы определяют перепад давления по обе стороны лопаток и являются источником появления крутящего момента сопротивления, преодоление которого требует затраты работы, получаемой воздухом.