- •Общая теория авиационных
- •1.2. Области применения реактивных двигателей
- •2. Турбореактивный двигатель (трд)
- •2.1. Принцип создания тяги трд
- •2.2. Изменение параметров рабочего тела и превращения энергии по тракту трд
- •2.3. Основные параметры трд. Тяга трд Основные параметры трд
- •Тяга трд
- •3. Циклы трд
- •3.1. Сущность второго закона термодинамики
- •3.2. Идеальный цикл трд
- •3.2.1. Условия и диаграммы идеального цикла трд
- •3.2.2. Работа идеального цикла трд
- •3.2.3. Термический кпд идеального цикла трд
- •3.2.4. Идеальный цикл со ступенчатым подводом тепла
- •3.3. Действительный (реальный) цикл трд
- •3.3.1. Процессы в действительном цикле
- •3.3.2. Работа действительного цикла трд
- •Внутренняя (индикаторная) работа
- •Эффективная работа цикла трд
- •3.3.3. Эффективный кпд трд
- •Зависимость
- •Зависимость ηe от высоты полета н
- •Зависимость ηe от числа м полета
- •3.3.4. Тяговый (полетный) кпд трд Физический смысл тягового кпд
- •Вывод: Любое воздействие, приводящее к уменьшению разницы между cc и V, приводит к росту ηтяг. Зависимость ηтяг от высоты полета н
- •Зависимость
- •3.3.5. Полный (экономический) кпд
- •3.3.6. Энергетический баланс и потери в трд
- •4. Зависимость удельных параметров трд от параметров рабочего процесса. Основы расчета врд
- •4.1.Зависимость
- •4.2. Зависимость
- •4.3. Зависимости Rуд и сR от кпд процессов сжатия и расширения
- •4.4. Понятие о свободной энергии врд
- •4.5. Основы газодинамического расчета трд
- •5. Ракетные двигатели (рд)
- •5.1. Принцип действия и классификация рд по источнику энергии
- •5.2. Создание тяги в химическом рд
- •5.2.1. Принцип создания тяги рд
- •5.2.2. Расходный комплекс рд
- •5.2.3. Тяговый комплекс рд
- •5.2.4. Мощность рд
- •5.2.5. Удельный расход топлива
- •6. Цикл ракетного двигателя жидкого топлива (жрд)
- •6.1. Диаграмма идеального цикла рд
- •6.2. Работа идеального цикла рд
- •Так как работа цикла расходуется на приращение скорости продуктов сгорания, то есть увеличение их кинетической энергии от ск ≈ 0 до сс, то
- •6.3. Коэффициенты полезного действия цикла рд
- •6.3.1. Энергетические кпд
- •6.3.2. Импульсный кпд
- •6.3.3. Полный кпд
- •7. Реактивное сопло
- •7.1. Условия получения дозвуковых и звуковых скоростей в сопле
- •7.2. Условия получения сверхзвуковых скоростей
- •7.3. Режимы работы сужающегося реактивного сопла
- •7.2. Режимы работы
- •7.4. Режимы работы сверхзвукового реактивного сопла
- •7.5. Назначение и выбор типа рс
- •7.5.1. Сверхзвуковое рс
- •8. Статические характеристики ракетного двигателя
- •8.1. Дроссельные характеристики жрд
- •8.1.1. Особенности глубокого
- •8.2. Высотные характеристики рд
7.2. Условия получения сверхзвуковых скоростей
Рис. 7.1. Сверхзвуковое сопло
Первое условие – сопло сужающееся- расширяющиеся (сопло Лаваля) (рис. 7.1, а).
Второе условие – .
При в сечении кр-кр,c = cкр, а в сечении с-с, c > cкр.
Можно получить малую сверхзвуковую скорость в сужающемся сопле с косым срезом (рис. 7.1, б), так как в этом случае Fc > Fкр.
7.3. Режимы работы сужающегося реактивного сопла
У сужающегося сопла при значении скорость истеченияc < cкр (см. рис. 7.2, а). Так как поток в сопле дозвуковой, то атмосферное давление рн в форме акустических волн проникает со скоростью звука навстречу дозвуковому потоку внутрь сопла через его срез, и выравнивает давление в сопле таким образом, что рс всегда равно рн.
Р
сужающегося
сопла7.2. Режимы работы
При (рис. 7.2,б) критическая скорость cкр достигается раньше среза сопла в сечении кр-кр при . Вследствие того, что дальнейшее расширение газа в сужающемся сопленевозможно, скорость потока до среза сопла останется равнойcкр. Плотность будет расти, обеспечивая неразрывность потока .
На срезе сопла: сс = cкр; рс > рн (режим недорасширения).
На участке сопла от сечения кр-кр до сечения с-с отсутствует приращение скорости скр = const, следовательно, приращение тяги, а суммарные гидравлические потери растут.
Выводы: 1. Из-за недорасширения газа в сопле (рс > рн) недополучается возможная максимальная тяга.
2. Участок сопла между сечениями кр-кр и с-с не участвует в создании тяги и создает дополнительные потери энергии от трения об стенки.
3. Газ дорасширяется от давления рс до давления рн за срезом сопла в атмосфере, что вызывает повышенный шум.
7.4. Режимы работы сверхзвукового реактивного сопла
В сверхзвуковом реактивном сопле (сопле Лаваля)
(7.4)
Так как поток движется в расширяющейся части сопла со сверхзвуковой скоростью, то давление окружающей среды рн, распространяющееся в виде акустических волн со скоростью звука, не может проникнуть через срез сопла на встречу потоку и повлиять на давление в потоке. Поэтому давление на срезе СРС может быть как меньше, так и больше рн в зависимости от соотношения и.
Условием расчетного режима сверхзвукового сопла является: , то есть:. Так как в сечении с-с давление газа равно давлению окружающей среды, потери при смешивании истекающего потока газа с воздухом атмосферы отсутствуют и суммарные потери в сопле минимальны. На расчетном режиме создается максимально возможная тяга соплаRc.max = Мт сс.
Режим недорасширения наблюдается при: ,
то есть: . Подведенный к сверхзвуковому соплу полный перепад давлений«не срабатывается», так как.
Из-за недорасширения газа в сопле скорость на срезе сопла меньше, чем можно было бы получить при полном расширении.
Выводы: 1. «Недополучение» тяги сопла Rc вследствие того, что cc.меньше максимально возможной при данной .
2. Повышенный шум из-за дорасширения потока до рн в атмосфере за срезом сопла.
Р
Рис.
7.3. Режим перерасширения
Давление в сверхзвуковом сопле достигает рн в расчетном сечении ср – ср до среза сопла (рис.7.3). На участке от сеченияср – ср до сечения с-с газ будет продолжать расширяться и его давление уменьшится до рс < рн, соответственно, скорость возрастет до cc > cc.р (см. рис. 7.3).
При выходе из сопла струя газа «обжимается» атмосферным давлением рн > рс, что приводит к резкому росту рс до давления , и торможению потокадо дозвуковой скоростив прямом скачке уплотнения на срезе сопла (см. рис.7.3). Тяга сопла резко снижается.
Уменьшению Rc так же способствует создание на участке перерасширения отрицательной тяги ΔRa из-за наличия перепада давлений на стенках сопла (рис. 7.4, а).
При значительном (глубоком) перерасширении, из-за отрыва пограничного слоя от внутренней стенки сопла, давление рн проникает через дозвуковую зону пограничного слоя внутрь сопла и там образуется скачок уплотнения (рис. 7.4, б). За скачком скорость потока становится дозвуковой, а так как канал расширяющийся (диффузор) скорость продолжает снижаться, а давление расти при движении потока до среза сопла.
Н
Рис.
7.4. Механизм потерь тяги на режиме
перерасширения: а– безотрывное перерасширение;б–
глубокое перерасширение с отрывом
пограничного
слоя