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.
Почему я выбрал профессую экономиста
Почему одни успешнее, чем другие
Периферийные устройства ЭВМ
Нейроглия (или проще глия, глиальные клетки)
Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника
Рис. 3.24. Схема плоского регулируемого сопла внешнего расширения
