Регулирование сопел. Плоские сопла

Регулирование сопел. Выше рассмотрены характеристики нерегулируемых сопел Лаваля. Однако на двигателях, предназначенных для летательных аппаратов с широким диапазоном сверхзвуковых скоростей полета, применяются регулируемые сопла. Путем регулирования изменяются, как правило, величины площадей двух характерных сечений: критического (минимального) и выходного. Кроме того, во многих случаях регулируется наружная (кормовая) поверхность сопла.

Площадь критического сечения сопла необходимо изменять, как показано в гл. 13, для согласования работы компрессора и турбины. Особенно значительно (примерно в 1,5 раза) требуется изменять величину этого сечения на двигателях с форсажными камерами при переходе с бесфорсажного режима на форсажный и обратно (см. гл. 14).

Отношение F с / F с.кр необходимо увеличивать по скорости полета, поскольку при этом возрастает располагаемая степень понижения давления газа p с.р (см. рис. 3.1) и из условия полного расширения потока соответственно увеличивается отношение площадей F с / F с.кр. Например, с повышением числа М п от 0 до 2,5 при работе ТРДДФ на максимальном режиме величина p с.р возрастает приблизительно от 3 до 20, чему соответствует увеличение отношения площадей от 1,1 до ~ 3.

Рис. 3.22. Тяговые характеристики сопел Лаваля: ¾¾ – нерегулируемых; - - - – регулируемого

Наконец, внешнюю поверхность сопла необходимо изменять при изменении F с, чтобы избежать большого кормового сопротивления.

Высказанные соображения о необходимости регулирования различных сечений относятся и к эжекторному соплу, поскольку оно также является соплом с внутренним расширением. Кроме того, для обеспечения эффективной работы этого сопла расход вторичного воздуха необходимо изменять от 1... 2 % на режиме максимальной скорости полета до 10 % на трансзвуковых скоростях. Нельзя обойтись без регулирования критического сечения сопла (как минимум) и в соплах с центральным телом (на двигателях с форсажными камерами).

Тяговые характеристики регулируемого сопла Лаваля можно проследить по рис. 3.22, на котором представлены зависимости `P с = f (p с.р) для трех нерегулируемых сопел (F с / F с.кр= 3; 2 и 1,3) и сужающегося сопла. Если обеспечить плавное изменение отношения площадей F с / F с.кр в зависимости от p с.р (М п), т.е. обеспечить полное расширение потока при различных p с.р, то тяговые характеристики такого сопла будут представлять собой зависимость, показанную на рис. 3.22 штриховой линией – огибающей характеристик сопел с различными исходными значениями F с / F с.кр. Из рисунка следует, что регулирование сопла, предназначенного для работы в широком диапазоне скоростей полета и имеющего в расчетных условиях (F с / F с.кр)max = 3, позволяет значительно увеличить коэффициент тяги`P с такого сопла при низких p с.р, т.е. в условиях взлета и трансзвуковых скоростей полета, поскольку в этих условиях практически исключаются потери от перерасширения потока.

а) б)   Рис. 3.23. Зависимости коэффициентов `P с (- - -) и`P с.эф (¾¾) от М п для регулируемого сопла Лаваля (а) и