Поиск:

потребное изменение отношения

площадей`F с (б)

Однако снижение до нуля потерь от перерасширения на этих скоростях полета сопровождается увеличением кормового сопротивления, так как величина F с / F с.кр снижается всегда за счет уменьшения F с (F с.кр, как отмечалось, выбирается из других соображений). При этом снижается отношение площади выходного сечения сопла к миделевому сечению мотогондолы F с / F mid, т.е. увеличивается площадь кормы (если наружная поверхность выходного устройства регулируемая) или торцевая поверхность между мотогондолой и соплом. В результате при снижении М п от М п.р = = 2,5 до 1 коэффициент эффективной тяги регулируемого сопла Лаваля (рис. 3.23) уменьшается от 0,97 до 0,87. (На рис. 3.23 показаны также потери тяги от недорасширения, которые возникают при М п > 2,5, так как в этих условиях ограничивается максимальная площадь выходного сечения сопла F с = F с max).

Двигатели с таким законом регулирования отношения площадей`F с и большими потерями эффективной тяги на умеренных, в том числе на трансзвуковых, скоростях полета неприемлемы для многоцелевых летательных аппаратов, у которых большая часть задач решается на этих скоростях. При проектировании двигателя для такого ЛА закон регулирования площади выходного сечения F с (а следовательно, и закон регулирования отношения площадей`F с), а также величину максимальной площади F с max нужно выбирать из условия обеспечения приемлемой эффективности выходного устройства в полном диапазоне летных условий [24]. В этом случае целесообразно уменьшить максимальную площадь выходного сечения сопла и, соответственно, площадь миделя мотогондолы (обычно F mid = F с max). Другими словами, уменьшить расчетное число М п, при котором обеспечивается полное расширение потока, по сравнению с его максимальным значением М п.р < М п max. Тогда при М п > М п.р, в том числе при М п max, сопло работает на режимах недорасширения потока (коэффициенты`P с и `P с.эф снижаются). Зато уменьшается площадь кормы и снижается кормовое сопротивление на всех скоростях полета меньше расчетной.

Регулируемые сопла, обеспечивающие высокую эффективность работы выходного устройства в широком диапазоне режимов, являются (особенно в осесимметричном исполнении) весьма сложными узлами двигателя со всеми вытекающими последствиями как в технологии производства, так и в эксплуатации. Вопросы регулирования конструктивно проще решаются в плоских соплах, разработке которых уделяется большое внимание.

Плоские сопла имеют прямоугольную форму сечения на выходе, которая характеризуется отношением высоты h к ширине b сопла. Между двигателем (форсажной камерой) и выходным устройством есть переходный участок от круглого сечения к прямоугольному. С уменьшением h/b длина этого участка увеличивается, соответственно увеличиваются масса сопла и потери полного давления в нем.

Разработаны и находят применение плоские сопла как внутреннего (плоские сопла Лаваля), так и внешнего (с центральным телом) расширения (рис. 3.24). Особенности рабочего процесса различных типов сопел, рассмотренные выше, одинаково относятся и к осесимметричным, и к плоским соплам, а характеристики последних отличаются только дополнительными потерями в переходном участке. Плоские сопла уступают осесимметричным по удельной массе, зато конструктивно они проще и надежнее.

Рис. 3.24. Схема плоского регулируемого сопла внешнего расширения

Заметим в заключение, что плоские выходные устройства хорошо интегрируются с крылом, что дает возможность использовать их как дополнительную механизацию крыла, позволяющую значительно повысить его подъемную силу (эффект суперциркуляции). Кроме того, они позволяют снизить инфракрасное излучение двигателя в задней полусфере, что является важным преимуществом СУ для военных самолетов. Все это свидетельствует о перспективах широкого применения плоских выходных устройств.

Резюме

(по теме "Выходные устройства")

1. Идеальной тягой сопла P сs условно называют динамический импульс в его выходном сечении G г c сs, соответствующий полному расширению газа (p с= p н) без потерь (j с = 1). Тягой сопла P с условно называют сумму действительного динамического импульса в его выходном сечении G г c с и статической составляющей тяги F с (p с – p н). Эффективная тяга P с.эф меньше тяги P с на величину внешнего (кормового) сопротивления сопла X кор.

2. Тяговыми характеристиками выходных устройств называют зависимости коэффициентов: скорости (j с = c с / c сs), тяги сопла (`P с = P с / P сs) и эффективной тяги сопла (`P с.эф = P с.эф / P сs) от параметров режима: располагаемой степени понижения давления газа в канале сопла (p с.р = p *т / p н) и числа М п. Они учитывают потери динамического выходного импульса, обусловленные вязкостью газа (j с) и, дополнительно к этому, недорасширением (перерасширением) потока (`P с) и внешним сопротивлением (`P с.эф).

3. Расходными характеристиками сопла называют зависимости коэффициента расхода m с = G г / G г s или пропускной способности сопла F с.кр m с q (l с.кр) от параметров режима. Величиной F с.кр m с q (l с.кр) при известных значениях полной температуры и полного давления на входе определяется расход газа через сопло.

4. Скорость истечения газа из сопла определяется главным образом действительной степенью понижения давления (p с= p *т / p с) и полной температурой потока, кроме того, она зависит от коэффициента j с, а также от свойств газа (c р г; k г).

5. Сужающееся сопло весьма эффективно (j с = 0,97... 0,995) и широко применяется на ТРД(Д) летательных аппаратов с дозвуковыми и небольшими сверхзвуковыми скоростями полета (М п < 1,5, p с.р < 3... 5). С увеличением М п > 1,5 резко возрастают потери выходного импульса из-за недорасширения потока и внешнего (кормового) сопротивления. При p с.р» 15 (М п» 2) суммарные потери выходного импульса достигают 15 %, чему соответствует снижение тяги двигателя примерно на 30 %.

6. Коэффициент расхода конического сужающегося сопла зависит от геометрических и режимных факторов: с увеличением угла наклона образующей конуса от 15 до 30° он снижается примерно на 2,5 %, а при уменьшении p с.р от 2 до 1,1 – приблизительно на 15 %, что объясняется изменением поля скоростей и давлений в его выходном сечении. Пропускная способность сопла снижается, кроме того, вследствие уменьшения относительной плотности тока при p с.р < p кр.

7. Диффузорные выходные устройства, устанавливаемые на ТВаД, позволяют снизить полное давление за турбиной до уровня, близкого к атмосферному давлению (p с= 1,04... 1,07), и тем самым обеспечить практически полное преобразование полезной тепловой энергии в механическую работу на валу турбины.

8. Нерегулируемое сопло Лаваля однорежимное: оно обеспечивает полное расширение газа (p с = p н) и высокую эффективность (`P с = 0,98... 0,995) на расчетном режиме (p с.р = p с.расч), а на нерасчетных режимах возникают дополнительные потери выходного импульса, связанные с недорасширением (p с.р > p с.расч) или перерасширением (p с.р < p с.расч) потока. Последние в 3... 5 раз превышают потери на расчетном режиме. Тяговые характеристики сопла Лаваля противоположны характеристикам сужающегося сопла: с увеличением p с.р (М п) коэффициент тяги сопла Лаваля повышается (в основном диапазоне режимов), а сужающегося сопла – снижается.

9. Эжекторное сопло двухрежимное – обеспечивает приемлемую эффективность процесса расширения на двух основных режимах: при высоких p с.р (на автомодельных режимах, соответствующих сверхзвуковым скоростям полета) оно работает как сопло Лаваля, при низких p с.р (на отрывных режимах, соответствующих крейсерскому полету с дозвуковыми скоростями) – как сужающееся сопло. Эжекторное сопло получило широкое распространение при М п< 2 и имеет перспективу дальнейшего развития.

10. Сопло внешнего расширения (с центральным телом и конической обечайкой) обеспечивает полное расширение потока и соответственно минимальные потери внутренней тяги (1 –`P с) на всех рабочих режимах за счет изменения контура свободной сверхзвуковой струи и площади выходного сечения, но имеет значительные потери эффективной тяги (1 –`P с.эф) вследствие большой площади кормы и соответствующего кормового сопротивления.

11. Сопло смешанного расширения (с центральным телом и цилиндрической обечайкой) по величине коэффициента тяги`P с занимает промежуточное положение между соплом Лаваля и соплом с внешним расширением, а по интегральному показателю – коэффициенту эффективной тяги`P с.эф – имеет преимущество над другими типами сопел благодаря низкому кормовому сопротивлению и небольшим потерям, связанным с перерасширением потока. Трудность охлаждения центрального тела сдерживает широкое применение таких сопел.

⇐ Предыдущая 1 2 34

Поделиться с друзьями:

Дата добавления: 2017-01-21; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 358 | Нарушение авторских прав

Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Своим успехом я обязана тому, что никогда не оправдывалась и не принимала оправданий от других. © Флоренс Найтингейл
==> читать все изречения...

1759 -

| 1581 -