Схемы и основные параметры дозвуковых выходных устройств

Наиболее важным параметром, определяющим режим работы выходного устройства, является располагаемая степень понижения давления газа в реактивном сопле p _с.расп, т.е. отношение полного давления газа на входе в сопло р ₀^* к давлению окружающей среды р_Н (рис, 8.4)

p_с.расп= .

Рис. 8.4.Схема дозвукового выходного устройства

Значение p_с.расп и диапазон его изменения зависят от типа двигателя, режима его работы, а также от скорости и высоты полета самолета.

Наиболее низкие значения p_с.расп имеют двигатели непрямой реакции: турбовальные, турбовинтовые и турбовинтовентиляторные. В них значения p_с.расп являются, как правило, докритическими.

Поэтому в качестве выходных устройств этих двигателей применяются сужающиеся сопла (рис. 8.5), либо газоотводящие каналы диффузорного типа, которые иногда называют выходными патрубками (рис. 8.6).

Двухконтурные двигатели для дозвуковых самолетов имеют несколько большие значения p_с.расп. Для сопел наружного контура они на взлете составляют 1,4…1,8, а в полете при Н =11км – не превышают 2,2…2,8. Для внутреннего контура этих ТРДД p_с.расп являются еще более низкими. Для этих двигателей применяются также нерегулируемые сужающиеся сопла (рис. 8.7), отличающиеся простотой конструкции и малой массой.

 

Рис. 8.5. Схема турбовинтового авиационного двигателя (ТВД)   Рис. 8.6. Схема турбовального авиационного двигателя (ТВаД)

Действительной степенью понижения давления газа в сопле называется отношение полного давления газа на входе в сопло р ₀^* к его статическому давлению в выходном сечении сопла р ₂, т.е.

.

Степень понижения давления газа, при которой газ разгоняется до скорости, равной скорости звука, называется критической

Рис. 8.7.Схема двухконтурного двигателя с раздельными контурами

, где .

Критическая степень понижения давления для идеального газа зависит только от показателя адиабаты k

 (табл. 8.1) и для продуктов сгорания керосина в воздухе (c k = 1,25…1,33) равна 1,80…1,85.

 

Таблица8.1

Значния k	1,25	1,33	1,4	1,67
Значения πкр	1,802	1,851	1,893	2,055

Скорость истечения газа из суживающегося сопла

И режимы его работы

Как известно из термодинамики, скорость истечения газа из сопла без учета потерь

,

где Т ₀^* – полная температура потока газа перед соплом.

Таким образом, скорость истечения газа из сопла зависит от его полной температуры перед соплом Т ₀^*, действительной степени понижения давления газа в сопле p_c и физических свойств газа (k и R)_.

Зависимость скорости истечения c _с от p_c показана на рис.8.8.

При p_с = 1 течение отсутствует, т.е. скорость истечения равна нулю. При увеличении p_с скорость истечения возрастает, и, если величина p_с стремится к бесконечности, скорость истечения стремится к предельной величине

.

Рис. 8.8.Зависимость скорости истечения газа из сопла отπс

Таким образом, даже при p_с= ¥ скорость истечения газа имеет конечное значение. Это объясняется тем, что при энергоизолированном течении увеличение скорости и, следовательно, кинетической энергии газового потока происходит за счет уменьшения его энтальпии, которая на входе в сопло имеет конечное значение () и при полном её переходе в кинетическую энергию газового потока даст также конечное значение скорости с _с, равное с _{с пред}.

Подчеркнём, что в суживающемся сопле поток можно разогнать только до скорости, равной скорости звука. Поэтому максимальная скорость истечения газа из суживающегося сопла ограничена значением критической скорости

,

при этом число Маха на срезе сопла равно единице.

Режим работы суживающегося сопла полностью определяется соотношением между располагаемой и критической степенями понижения давления (p_с.расп и p_кр). При этом возможны два режима работы:

1)режим полного расширения, когда p_с.расп £ p_кр. В этом случае газ в сопле расширяется полностью, давление газа в выходном сечении сопла равно давлению окружающей среды, т.е. p _с= p_H, а действительная степень понижения давления в сопле .

2) режим недорасширения, когда p_с.расп > p_кр. В этом случае газ в сопле расширяется не полностью, давление газа в выходном сечении сопла больше давления окружающей среды (p _с > p_H), а действительная степень понижения давления в сопле . Окончательное его расширение газа (т.е. уменьшение давления до величины p_H) происходит за пределами сопла.