Большая техническая энциклопедия
1 2 3 4 6
C J W Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ТА ТВ ТЕ ТИ ТО ТР ТУ ТЩ ТЯ

Тарельчатое сопло

 
Тарельчатые сопла, как и их плоский аналог, который профилировался в [1], а также плоские и осесимметричные конфигурации с центральным телом с прикрытой обечайкой [2-6], будучи авторегулиру-емыми, представляются перспективными для приложений, в которых ракетный двигатель работает в широком диапазоне противодавлений. Если тем не менее такой двигатель большую часть топлива расходует на больших высотах, то актуальна задача оптимального профилирования его сопла при низком или даже нулевом противодавлении.
Рассматривается двухконтурное тарельчатое сопло, суммарная площадь критического сечения которого регулируется в две ступени. Представлены результаты экспериментальных исследований импульсной и расходной характеристик, донного давления и статического давления на стенке сопла, а такае результаты расчетов импульсной характеристики.
Согласно выполненным расчетам, тарельчатые сопла умеренных размеров, оптимально спрофилированные для равномерного звукового радиального потока, имеют потери тяги, не превышающие 1 %, и превосходят оптимально спрофилированные сопла Л аваля и кольцевые сопла с таким же равномерным, но осевым потоком в критическом сечении. Вопрос об учете неравномерности потока в минимальном сечении при профилировании сверхзвуковых частей сопел с осевым входом и о ее влиянии на их тягу исследован.
Впервые для реальных габаритов плоского аналога тарельчатого сопла решение задачи его оптимального профилирования дано в [40] с помощью ОММЛ. Было установлено, что при разумных габаритах в случаях, когда направление звукового потока отличается от направления тяги на величину порядка 90, начальный ( примыкающий к звуковой поверхности) участок оптимального контура образуется звуковой линией тока. По тому же принципу в [41] и в Главе 4.17 выполнено оптимальное профилирование оптимальных тарельчатых сопел. Показано, что тарельчатые сопла умеренных размеров, оптимально спрофилированные для равномерного звукового радиального потока, при работе в пустоте имеют потери тяги, не превышающие 1 %, и превосходят оптимально спрофилированные сопла Лаваля и кольцевые сопла с таким же равномерным, но осевым потоком в критическом сечении.
В таких случаях степень расширения оптимально спрофилированного для соответствующих условий полета тарельчатого сопла будет меньше, чем при полете в пустоте. Если к тому же выходное сечение тарельчатого сопла определяет радиальные размеры летательного аппарата, то выходной радиус сопла Уь находится из условия оптимального сопряжения контура ab с внешними обводами аппарата.
В рамках идеального ( невязкого и нетеплопроводного) газа решена задача оптимального профилирования контура сверхзвуковой части тарельчатого сопла. При заданных равномерном звуковом потоке в радиальном критическом сечении сопла, ограничениях на его габариты и внешнем давлении ( противодавлении) построенные контуры реализуют максимум тяги. Начальные звуковые участки оптимальных контуров профилируются из условия обеспечения на них равного единице числа Маха. Изменяя длину начального звукового участка, можно строить сопла разных размеров. Возможности созданных программ демонстрируют примеры тарельчатых сопел, оптимальных при работе в пустоте. Показано, что малые потери тяги получаются при умеренных размерах сопел. В рассчитанных примерах при одинаковых длинах и расходах газа оптимальные тарельчатые сопла обеспечивают большую тягу, чем оптимальные осесимметричные и кольцевые сопла с осевым звуковым потоком.
Результаты сравнения с кольцевыми соплами с цилиндрической нижней образующей ( у г / о) и расширяющейся верхней представлены в табл. 3 ( A. Длинные тарельчатые сопла из первых 6 ее строк построены для т 0.25, более короткие - для т 0.75. Кольцевые сопла также оказались хуже тарельчатых.
Меридиональное сечение тарельчатого сопла такой схемы представлено на рис. 1 а, на котором ху - цилиндрические координаты, аа - звуковая линия, другие тонкие линии - ( 7 - и С - характеристики, жирные кривые - образующие сопла, а штриховые - границы сверхзвуковой струи. Образующие дозвуковой части сопла заданы. Донное давление р, действующее на внешнюю сторону тарели, предполагается настолько малым, что в концевую точку b обтекаемого сверхзвуковым потоком искомого участка контура сопла приходит одна из 7 -характеристик а Ь пучка волн разрежения, возникающего при обтекании кромки тарели. При достаточно малом внешнем противодавлении р и не очень больших длинах сопла это предположение обычно выполняется.
В таких случаях степень расширения оптимально спрофилированного для соответствующих условий полета тарельчатого сопла будет меньше, чем при полете в пустоте. Если к тому же выходное сечение тарельчатого сопла определяет радиальные размеры летательного аппарата, то выходной радиус сопла Уь находится из условия оптимального сопряжения контура ab с внешними обводами аппарата.
Получающаяся в результате этого кромка обтекается с возникновением пучка волн разрежения. Во-вторых, звуковой поток в минимальном сечении тарельчатого сопла растекается от оси симметрии под углами, близкими к прямому.
В табл. 1, где т - длина звукового участка ас, представлены геометрические и тяговые характеристики оптимальных тарельчатых сопел. Последние четыре контура ( у ос) представляют оптимальные образующие плоского аналога тарельчатого сопла. В отличие от остальных контуров их хь и уь даны в декартовых координатах.
Величинам, относящимся к соплам Лаваля, приписан верхний индекс L, a AR ( R / RL - 1) 102 - выигрыш ( в процентах) по тяге тарельчатых сопел по сравнению с соплами Лаваля. При равных длинах ( XL X) и расходах оптимальные сопла Лаваля заметно уступают по тяге оптимальным тарельчатым соплам. Превосходство тарельчатых сопел увеличивается с ростом г / о и с уменьшением X. Это понятно, ибо с ростом гуо в силу условия равенства расходов радиус у начального сечения сопла Лаваля растет пропорционально у / г / о. Из-за этого в калибрах входа его длина с ростом уQ уменьшается. В противоположность этому откалиброван-ная длина тарельчатого сопла, калибром которого служит ширина его кольцевого входа, неизменна.
Для ж 1.4 импульс / 1.714, а при идеальном расширении до нулевого давления, т.е. в сопле с бесконечной степенью расширения, АД 0.735. Для ж 1.2 аналогичные величины равны 1.833 и 1.483. Таким образом, при заранее ожидаемом более высоком уровне давления на стенке тарельчатого сопла не очевидно то, что оно выше по всему контуру, причем при большей степени расширения. При правильном профилировании это и обеспечивает преимущество по тяге тарельчатых сопел над кольцевыми с осевым входом. Обнаруженное преимущество, однако, не единственно, ибо важным их достоинством является авторегулируемость - свойство, которым не обладают ни сопла Л аваля, ни кольцевые сопла с осевым входом.
Такой переход от прямой к обратной постановке вариационной задачи, первоначально сделанный по соображениям удобства проведения расчетов, выявил ряд интересных закономерностей. Например, для гуо 5 и 10 при уменьшении т от 1 до 0.25 длина сопла X увеличивается примерно в 3.5, а А У Y - гуо - в 2.5 раза. Для плоского аналога тарельчатого сопла X и А У возрастают в 6.4 и в 4.3 раза. При фиксированном т продольный и поперечный размеры сопла достаточно заметно увеличиваются и с ростом уо. Если R определять по кольцевой степени расширения, то при т const отношения R / Rid изменяется еще меньше. Поскольку тяга R оптимальных сопел определена без учета действующей на внешность тарели положительной добавки, то действительные величины R и R / R больше, чем приведенные и без того весьма высокие их значения.
Впервые для реальных габаритов плоского аналога тарельчатого сопла решение задачи его оптимального профилирования дано в [40] с помощью ОММЛ. Было установлено, что при разумных габаритах в случаях, когда направление звукового потока отличается от направления тяги на величину порядка 90, начальный ( примыкающий к звуковой поверхности) участок оптимального контура образуется звуковой линией тока. По тому же принципу в [41] и в Главе 4.17 выполнено оптимальное профилирование оптимальных тарельчатых сопел. Показано, что тарельчатые сопла умеренных размеров, оптимально спрофилированные для равномерного звукового радиального потока, при работе в пустоте имеют потери тяги, не превышающие 1 %, и превосходят оптимально спрофилированные сопла Лаваля и кольцевые сопла с таким же равномерным, но осевым потоком в критическом сечении.

В таких случаях правая часть (1.8) отрицательна. При фиксированном X угол Оь уменьшается с уменьшением излома в точке а. Однако далее в предельном случае гладкого сопряжения заданного контура дозвуковой части и контура аЪ противодавления, определяемые из (1.8), отрицательны в широком диапазоне длин X. В этом отношении показателен пример рассматривавшегося в [1] плоского аналога тарельчатого сопла. Поскольку в таком сопле звуковой поток поворачивается на 90, габариты сопла получаются очень большими.
Величинам, относящимся к соплам Лаваля, приписан верхний индекс L, a AR ( R / RL - 1) 102 - выигрыш ( в процентах) по тяге тарельчатых сопел по сравнению с соплами Лаваля. При равных длинах ( XL X) и расходах оптимальные сопла Лаваля заметно уступают по тяге оптимальным тарельчатым соплам. Превосходство тарельчатых сопел увеличивается с ростом г / о и с уменьшением X. Это понятно, ибо с ростом гуо в силу условия равенства расходов радиус у начального сечения сопла Лаваля растет пропорционально у / г / о. Из-за этого в калибрах входа его длина с ростом уQ уменьшается. В противоположность этому откалиброван-ная длина тарельчатого сопла, калибром которого служит ширина его кольцевого входа, неизменна.
В рамках идеального ( невязкого и нетеплопроводного) газа решена задача оптимального профилирования контура сверхзвуковой части тарельчатого сопла. При заданных равномерном звуковом потоке в радиальном критическом сечении сопла, ограничениях на его габариты и внешнем давлении ( противодавлении) построенные контуры реализуют максимум тяги. Начальные звуковые участки оптимальных контуров профилируются из условия обеспечения на них равного единице числа Маха. Изменяя длину начального звукового участка, можно строить сопла разных размеров. Возможности созданных программ демонстрируют примеры тарельчатых сопел, оптимальных при работе в пустоте. Показано, что малые потери тяги получаются при умеренных размерах сопел. В рассчитанных примерах при одинаковых длинах и расходах газа оптимальные тарельчатые сопла обеспечивают большую тягу, чем оптимальные осесимметричные и кольцевые сопла с осевым звуковым потоком.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11