logo search
Теория авиационных двигателей (РИО)

8.7. Потери в выходных устройствах и способы их оценки

Потери в выходных устройствах можно в общем случае разделить на три вида:

  1. внутренние потери;

  2. потери, связанные с нерасчетностью режима расширения газа в сопле;

  3. внешнее сопротивление.

Внутренние потери вызваны вязкостью газа. Вязкость обуславливает потери на трение. Кроме того, неравномерность потока в выходном сечении сопла и его местные отклонения от осевого направления также приводят к потерям тяги.

Внутренние потери оцениваются коэффициентом скорости сопла

с =,

где с  осредненная (по расходу) величина осевой составляющей действительной скорости на выходе из сопла; с.ад  скорость на выходе из сопла при отсутствии потерь, равная

с.ад.

Нерегулируемые сужающиеся сопла с профилированными стенками внутреннего канала имеют с =0,99…0,995.

С учетом наличия внутренних потерь и пограничного слоя для определения площади критического сечения сопла Fкр при известном расходе газа Gг формула расхода газа через критическое сечение сопла должна использоваться в виде:

г=гкрq(кр),

где кр=/, а  коэффициент расхода, учитывающий неравномерность параметров газового потока в критическом сечении сопла. У профилированных сопел коэффициенты кр и  близки к единицы.

Внешнее сопротивление выходного устройства называется также кормовым сопротивлением Хкор. Оно включает в себя сопротивление давления Хр.кор и сопротивление трения Хтр.кор кормовой части фюзеляжа или мотогондолы, сопряженных с обечайкой сопла, т.е. Хкор=Хр.кор+ Хтр.кор.

На величину Хкор влияет ряд факторов: число M полета, форма кормы сопла, режим его работы, толщина пограничного слоя на поверхности кормы и др.

Основной причиной возникновения внешнего сопротивления кормы является неблагоприятное распределение статического давления на ее внешней поверхности, форма которой, как правило, отлична от цилиндрической. Картина распределения статического давления при обтеканиидозвуковым потоком кормы конической или плавной (так называемой оживальной) формы в присутствии истекающей из сопла недорасширенной струи газа, показана на рис. 8.9. Как видно, на начальном участке кормы поток разгоняется, и статическое давление снижается, а в конце кормы статическое давление увеличивается (вследствие торможения потока при его обратном повороте от оси сопла). У кормы конической формы с изломом поверхности (штриховой контур на рис.8.9) величина наибольшего относительного разрежения и соответственно сопротивление давления получаются более высокими, чем у кормы оживальной формы.

Рис.8.9. Распределение статических

давлений на поверхности кормы

Рис. 8.10. Распределение коэффициента

давления по внешней поверхности сопла

Повышение давления в конце кормы до рmaxрН объясняется наличием выпуклой реактивной струи на выходе из сопла, о которую тормозится поток воздуха, обтекающий корму. Этим частично компенсируется сопротивление, возникающее на тех участках кормы, где давление ниже атмосферного.

Важным требованием к внешней аэродинамике сопел является их безотрывное обтекание. На рис. 8.10 показано полученное в эксперименте распределение коэффициента давления по внешней поверхности сопла при МН=0,8 и с.расп=3,5 для случая, когда нет отрыва, и для случая, когда из за менее удачной формы кормы возникает отрыв потока. При отрыве на начальном участке сопла давление резко снижается, а на конечном участке восстанавливается в недостаточной степени, что приводит к значительному возрастанию внешнего сопротивления.

Другим источником внешнего сопротивления является сопротивление трения, но его доля по отношению к сопротивлению давления относительно невелика.

Суммарная тяговая эффективность выходного устройства в условиях внешнего обтекания оценивается коэффициентом эффективной тяги сопла, равным отношению эффективной тяги сопла к идеальной:

.