
- •Глава 2. Методы определения газодинамических параметров при взаимодействии струй двигательной установки с элементами пусковой установки
- •2.1. Газодинамические свойства струй двигательной установки и краткий обзор методов расчета
- •2.2. Начальный неизобарический участок струи
- •2.2.1. Основные закономерности газодинамики, необходимые для расчета неизобарического участка струи и воздействия на преграды
- •Изоэнтропические течения по соплу
- •Принимая во внимание термодинамические соотношения ; и изоэнтропичность течения , получим уравнение Бернулли для энергии
- •Учитывая, что , получим
- •Косой скачок давления
- •Течение Прандтля – Майера
- •Отсюда согласно [1] получим:
- •Общие условия перехода от дозвукового к сверхзвуковому течению и обратно
- •2.2.2. Формирование начального участка струи. Структура начального участка струи
- •В рассматриваемом примере определим по и значения , и угол разворота потока в точке : :
- •2.2.3. Структура начального участка сверхзвуковой перерасширенной осесимметричной струи
- •2.2.4. Составляющие силы тяги и критерии течения в сопле
- •2.2.5. Методика расчета начального (газодинамического – неизобарического) участка струи (методика г.В. Кулова)
- •2.2.6. Алгоритм расчета неизобарического участка струи
- •2.2.7. Определение параметров на отражателе
- •2.3. Газодинамика струй, охлаждаемых водой
- •2.3.1. Учет ввода воды в струю патрубками
- •2.3.2. Определение исходных газодинамических параметров вторичной струи (с уменьшенным импульсом, балластированной и охлажденной) в ее начальном сечении "2а"
- •2.3.3. Система уравнений газодинамики для осредненных параметров вторичной (охлажденной) струи
- •2.3.4. Влияние подъема ракеты на характеристики вторичной струи
Учитывая, что , получим
.
Из исходной системы
уравнений могут быть получены формулы,
связывающие параметры течения после
скачка
,
или
,
,
и
с исходными параметрами до скачка
,
или
,
,
и
.
Параметры
и
будут связаны с
и
уравнением ударной адиабаты (адиабата
Гюгонио)
,
в отличие от
уравнения адиабаты Пуассона
для изоэнтропического процесса. Из
уравнения ударной адиабаты следует,
что при
получим
.
Для изменения на скачке относительных
скоростей, учитывая постоянство
в течении, будет иметь место соотношение
или
,
где
.
Тогда из уравнения сохранения массы получим
,
.
Далее ,
или через
:
.
Изменение параметров
торможения за прямым скачком
,
определяется следующими формулами:
;
.
Если воспользоваться
обозначениями
,
,
то, учитывая что
,
будет
.
Косой скачок давления
Более общим случаем,
важным для объяснения структуры
сверхзвуковой струи, является косой
скачок уплотнения. Для сверхзвуковых
струй он реализуется, например, на срезе
сопла при неравенстве давления в струе
внешнему давлению
:
,
отражении волн разрежения от свободной
поверхности струи, а также при натекании
сверхзвуковой струи на наклонную
преграду.
Исходя из последнего случая, это течение рассматривается в разделе 5.1 на примере построения ударной поляры. В настоящем разделе отмечаются некоторые свойства косого скачка и приводятся основные формулы.
При косом скачке
свойства прямого скачка проявляются
для составляющей скорости набегающего
потока
,
нормальной к поверхности скачка –
,
а составляющая скорости, параллельная
плоскости скачка
,
переходит через плоскость скачка
без изменения. Схема течения для скачка,
присоединенного к наклонной поверхности
(регулярное отражение) представлена на
рис.2.2.
В этом случае
вектор скорости
после скачка будет параллелен наклонной
поверхности. При больших углах стенки
угол наклона вектора
будет меньше угла клина
,
а скачок отойдет от вершины угла и будет
иметь прямой участок, начиная с поверхности
натекания (нерегулярное отражение).
Основная часть скачка будет иметь угол
больший
вплоть до перехода в прямой скачок.
Рис.2.2. Схема течения при регулярном отражении
В соответствии со схемой течения, все зависимости прямого скачка будут справедливы для нормальных составляющих течения с косым скачком. При этом зависимости типа
;
(где
;
– скорость звука)
определяются через параметры
частичного торможения
,
.
Для этого из вектора скорости
вычитается переходящая через скачок в
неизменном виде составляющая
.
Тогда критическая скорость звука течения
с частичным торможением будет определяться
из уравнения энергии следующим образом:
;
.
Из последнего равенства выражаем
.
С
использованием этого равенства выводим
зависимости для скачка с углом наклона
к вектору начальной скорости:
;
.
Если задано
,
то наклон скачка можно определить по
формуле
,
тогда для регулярного отражения
.
Угол наклона скачка
уплотнения
,
соответствующий максимальному углу
поворота потока при переходе через
скачок
,
определяется зависимостью от
.