Характеристики реактивного сопла (ХРС)

ХРС – это зависимости коэффициента эффективной тяги сопла  от полной степени расширения газа в РС  и числа М внешнего потока .

Характеристики РС снимают на стенде при М = 0. В этом случае , так как при М = 0, .

Принимая допущение, что по длине РС – к _г = const, R _г = const, рассмотрим характеристику  при условии что: = 2,5;
= 15 (рис. 1.19).

 

 

Рис. 1.19. Характеристика сверхзвукового РС

 

При  = 15 = π_с.расп – расчетный режим, .

При > 15  режим недорасширения (р _с < р _н) уменьшается .

При < 15  режим перерасширения (р _с > р _н) уменьшается .

При 15 >  – большие потери тяги  от перерасширения вызваны уменьшением φ_c (потери в скачке за срезом сопла) и снижением  вследствие появления отрицательной тяги Δ R _а на участке перерасширения (см. рис. 1.16, а).

При  происходит отрыв ПС (скачок входит внутрь сопла и движется в сторону F _кр). Из-за наличия скачка внутри РС давление за ним возрастает, а затем при движении дозвукового потока по диффузорнуму каналу давление увеличивается до значения р _н на срезе сопла (см. рис. 1.16, б). Это приводит к уменьшению отрицательной тяги Δ R _а на участке перерасширения, темп снижения  замедляется (см. рис. 9.3, линия 2) по сравнению с безотрывным перерасширением (см. рис. 1.19, линия 1).

При достижении скачком F _кр, он исчезает и течение в РС становится дозвуковым. Потери от перерасширения становятся равны нулю , и  возрастает.

Для поддержания  необходимо подстраивать значения  к значениям , то есть регулировать степень расширения сверхзвуковой части сопла, измененяя  (относительную площадь среза РС), при изменении параметров полета и режимов работы двигателя.

Регулирование РС

В задачи регулирования РС входят:

– поддержание необходимого значения ;

– уменьшение влияния ФК на турбокомпрессорную часть при работе двигателя на форсажных режимах;

– уменьшение потерь тяги из-за недорасширения или перерасширения;

– увеличение запаса устойчивости ОК Δ K _у на пониженных режимах работы (малые n) и при запуске двигателя;

– уменьшение времени переходных процессов двигателя при переходе на повышенные или пониженные режимы .

Способы регулирования РС (рис. 1.20):

 

 

Рис. 1.20. Способы регулирования РС: а – дозвуковое РС; б – сверхзвуковое РС

– регулирование створок дозвукового сопла (рис. 9.4, а);

– регулирование створок сопла Лаваля (рис. 1.20, б);

При регулировании дозвукового сопла или сопла Лаваля с помощью поворотных створок наряду со снижением потерь от нерасчетности режима работы РС  возрастают внутренние потери  из-за неровностей мест сочленения створок и утечек газа в них, поэтому  возрастает не столь значительно, как можно было бы ожидать.

Кроме того, регулируемое сопло Лаваля получается слишком сложным, особенно в двигателях с ФК из-за высоких значений температуры .

Приведенные выше причины определили необходимость поиска альтернативных сопел, например эжекторных (см. рис. 1.21).

 

 

Рис. 1.21. Регулирование эжекторного РС

 

Основным параметром эжекторного сопла является коэффициент эжекции:

K _эж = М ₂/ М ₁,                                          (1.26)

где М ₂ – вторичный поток атмосферного воздуха, необходимый для обеспечения безударной встречи первичного потока М ₁ с обечайкой 2 и охлаждения сопла.

Применение створок 3 позволяет в сопле, рассчитанном на большие числа М полета, предотвратить перерасширение газа на дозвуковых скоростях полета за счет подвода в сопло дополнительного расхода воздуха М ₃. Граница расширяющейся струи при этом не достигает поверхности обечайки 2 и через образовавшийся зазор во вторичном контуре, за срезом насадка, устанавливается давление р _н. РС начинает работать как дозвуковое сужающееся сопло.

Способы регулирования эжекторного сопла (см. рис. 1.21):

 

– регулирование расхода воздуха М ₂;

– регулирование створок 1 на обечайке сопла и 2 на насадке;

– использование створки 3 подпитки дополнительным воздухом М ₃.

Управление вектором тяги

Реверсивные устройства (РУ)

РУ предназначены для улучшения взлетно-посадочных характеристик ЛА (уменьшение длины пробега) и его маневренности в полете и на земле (при рулении) за счет поворота потока газа из сопла в направлении полета ЛА.

Отрицательная тяга создается за счет поворота реактивной струи с помощью специальных отклоняющихся решеток перед РС (рис. 1.22), или отклоняющихся створок за РС (рис. 1.23).

 

 

Рис. 1.22. Реверсивное устройство решетчатого типа

 

 

Рис. 1.23. Реверсивное устройство створчатого типа

 

РУ решетчатого типа имеют меньшую массу, но большее гидравлическое сопротивление в выключенном положении и меньшую обратную тягу R _обр.

В ТРДД с большой степенью двухконтурности РУ решетчатого типа устанавливаются в наружном контуре.

Эффективность реверсивного устройства оценивается степенью реверсирования тяги:

,                                         (1.27)

где R _обр – величина обратной тяги.

При = 0,6, длина пробега уменьшается в 2…2,5 раза.

Девиаторы тяги (ДТ)

ДТ предназначены для управления вектором тяги в полете и на земле путем отклонения струи газа, истекающей из реактивного сопла.

ДТ позволяют улучшить маневренность, повысить точность при боевом применении, улучшить взлетно-посадочные характеристики ЛА (укороченный или вертикальный взлет и посадка).

Девиация тяги осуществляется с помощью отклоняемых створок РС или специальных насадков на сопле (дефлекторов) (рис. 1.28).

 

ТОПЛИВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В

РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ (РД)