Файл: Нечаев Ю.Н. Входные устройства сверхзвуковых самолетов.pdf

участке 1—2. Это также может привести к отрыву потока, в особен­

фиг. 31) способствует стабилизации течения.

Схема течения с учетом трения в диффузоре со смешанным сжа­ тием показана на фиг. 39,6. У передних кромок центрального тела и обечайки, где образуются первый и второй косые скачки, погранич-

S)

ный слой почти отсутствует, но затем его толщина постепенно увели­ чивается. Взаимодействие пограничного слоя с двумя скачками ко­ сым и прямым может привести к отрыву и отклонению потока вбли­

Это снижение коэффициента авх зависит от схемы диффузора и чис­

лированных диффузоров в указанном диапазоне чисел М полета ве­ личина агр в среднем примерно равна 0,9 0,95.

52

Утолщение пограничного слоя и его отрыв вблизи горла приво­ дит также к значительному уменьшению фактической (эффективной) площади горда, уменьшает сверхзвуковую скорость потока в горле и благоприятствует запиранию диффузора и образованию головной волны на входе.

Таким образом, величина коэффициента онх. как следует из формулы (12) и приведенных опытных данных, получается даже на расчетном режиме работы диффузора на 15 -ь 20% меньшей величи­ ны ат. На нерасчетных режимах эти потери могут быть значительно большими.

§ 3. КОЭФФИЦИЕНТ РАСХОДА И КОЭФФИЦИЕНТ ЛОБОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

До сих пор мы рассматривали расчетный режим работы диффу­ зора. На этом режиме все скачки фокусируются на передней кромке обечайки. Поэтому коэффициент расхода равен единице, а дополни­ тельное сопротивление отсутствует.

уменьшении числа М полета. Рассмотрим диффузор, у которого цент­ ральное тело неподвижно (н# перемещается относительно обечайки).

При уменьшении числа М полета углы наклона всех косых скач­ ков увеличатся. При этом коэффициент расхода обязательно станет меньшим единицы. Наибольшая возможная величина коэффициента

клина.

Для нового числа М полета, меньшего расчетного', углы ах,а2на.г могут быть определены следующим образом. По заданным значени­

53

Определив углы ah а2 и а3, которые будут большими, чем на расчетном режиме, легко построить далее поверхность тока той струйки, которая сможет теперь войти в диффузор. Ведь линии тока при обтекании ступенчатого клина должны быть параллельны его по­

диться на поверхности той струйки тока, которая теперь сможет вой­ ти в двигатель. Как видно, размер этой струйки стал меньшим, чем на расчетном режиме. Площадь струйки тока на расчетном режиме равнялась площади входа FBX. Если новое значение ее площади обо­ значить Fо, то тогда коэффициент расхода <р будет равен:

Для обеспечения при числе М полета, меньшем расчетного, ,наивы­ годнейших условий работы двигателя, нужно было бы иметь новый диффузор е площадью входа, равной площади F0. Но в действитель­ ности геометрические размеры диффузора остаются неизменными. Следовательно, происходит уменьшение тяги на некоторую величину Л’доп, которую, как и прежде, назовем дополнительным сопротивле­ нием.

Чему равно дополнительное сопротивление? Оно равно, очевид­ но, осевой проекции сил -избыточного давления, действующих на по­ верхность тока 0'—1'—2'—3' (фиг. 40).

Если давление за первым косым скачком равно рь то на поверх­ ность 0'— 1', длину которой обозначим L\, действует сила, проекция которой на ось диффузора равна: (р{— s i n , где /.,sinfi,—про­

екция поверхности 0' — V на плоскость, перпендикулярную оси дви­ гателя. Общая сила дополнительного сопротивления будет равна:

быточное давление на поверхности тока, т. е. чем интенсивнее скачки уплотнения. В частности, интенсивность скачков при заданном числе М полета возрастает с увеличением угла (Зс . По этой причине уве­

54

личение угла j3c приводит к повышению дополнительного сопротив­ ления. На величину Х дт влияет также число М полета. При задан­ ной величине коэффициента , чем выше число М полета, тем зна­ чительнее повышается давление в косых скачках уплотнения и тем больше дополнительное сопротивление диффузора.

Такой простой расчет дополнительного сопротивления оказыва­ ется возможным лишь для плоского диффузора при отсутствии го­ ловной волны на входе. Для круглых диффузоров расчет величины Х лоа оказывается значительно более сложным, хотя качественное

влияние различных факторов остается таким же.

Фиг. 41. Течение на входе в диффузор на числах М полета, меньших расчетного, при запертом горле

В круглых диффузорах поверхность тока на режимах его работы при <р<П,0 имеет более сложную форму. Линии 0'— Г —2'; 2'—3' в этом случае не яйляются прямыми. Кроме того, давление, действу­ ющее на поверхность тока, повышается не только при переходах йерез скачки, но изменяется в интервалах между скачками.

Влияние головной волны. При сильном дросселировании двига­ теля или в тех случаях, когда горло не может пропустить весь расход воздуха, проходящий через систему скачков уплотнения, на входе по­ является головная волна. За головной волной течение становится до­ звуковым. При этом расход воздуха через двигатель уменьшается. Это становится возможным за счет изменения формы поверхности тока за головной волной, т. е. в дозвуковом потоке. Схема течения с головной волной представлена на фиг. 41. Пунктиром на этой фигу­ ре показана форма поверхности тока для того же числа М полета

при отсутствии головной волны. Как видно, при наличии головной волны коэффициент расхода уменьшается.

Следует подчеркнуть, что в случае течения без головной волны нерегулируемый диффузор при каждом заданном числе М полета имеет единственное значение коэффициента расхода, определяемое

кусируются на передней кромке обечайки, считать расчетным и обо­ значать ЛТр ц , то при числах М0<С M vл коэффициент расхода <?расп будет обязательно меньшим единицы. При расчетном числе М поле­ та коэффициент расхода становится равным единице. При числах М

55

полета, больших расчетного, угол наклона косых скачков уменьшает­ ся. Они, как видно на фиг. 42, попадают теперь на внутреннюю по­ верхность обечайки. Это не может вызвать снижения располагаемой величины коэффициента расхода, — он остается равным единице.

Наличие головной волны может при тех же условиях изменить коэффициент расхода. Его величина будет зависеть от расположения головной волны относительно плоскости входа. Удаление головной волны от плоскости входа сопровождается снижением коэффициента расхода, поэтому коэффициент ? при наличии головной волны всег­ да остается меньшим <ррасп.

Фиг. 42. Течение на входе в диффузор при числах М полета, больших расчетного

Из этих рассуждений можно сделать вывод о том, что наличие головной волны значительно увеличивает дополнительное сопротив­ ление диффузора. Это объясняется, во-первых, уменьшением коэф­ фициента расхода. Во-вторых, давление на той части поверхности тока, которая расположена за головной волной, становится более высоким вследствие большей интенсивности прямого скачка по срав­ нению с косым. Чем дальше головная волна отходит от плоскости входа, тем большей становится и величина Х лп„ . Это одно из не­ желательных последствий появления головной волны на входе в диф­ фузор. Головная волна повышает также сопротивление обечайки.

Коэффициент лобового сопротивления диффузора. Дополнитель­ ное сопротивление входных сверхзвуковых диффузоров принято оце­ нивать величиной, называемой коэффициентом дополнительного со­ противления СЛ.Д0П. Величину Схдоп находят как частное от деления дополнительного сопротивления A^on на площади входа и скорост­ ной напор:

ки) принято оценивать коэффициентом лобового сопротивления обе­

56