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

мать силовых воздействий. Оказывается при дозвуковых скоростях полета потеря тяги, получающаяся вследствие применения укорочен­ ного диффузора, почти полностью компенсируется так называемой подсасывающей силой, возникающей при обтекании закругленных передних кромок заборника воздуха.

При безотрывном обтекании передних кромок диффузора на ■его внешней поверхности в рассматриваемом случае появляется раз­ режение, так как скорость здесь получается большей, чем у внутрен­

постоянного сечения и даже сужающимся. Последний случай особен­

вует выравниванию поля скоростей и улучшает условия работы ком­ прессора. Если двигатель расположен на большом расстоянии от за­

15

Потери в дозвуковых диффузорах ВРД зависят от формы кана­ ла (угла раствора), плавности очертания входных кромок и числа М

с плавным входом от угла раствора и числа М во входном отверстии, полученные К. С. Сциллардом. Как видж>, с увеличением угла рас­ твора а и числа М на входе коэффициент сохранения давления уменьшается. При приближении числа М к единице’ в узком сечении канала образуется местная сверхзвуковая зона, что приводит к рез­ кому снижению овх. При углаха<Д0° и при числе М<Д),5 величина овх лежит, как видно, в пределах 0,96—0,98.

§ 3. СКАЧКИ УПЛОТНЕНИЯ В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОТОКЕ

При торможении сверхзвукового потока трудно избежать появ­ ления скачков уплотнения, а они являются источником значительных потерь. Поэтому, прежде чем переходить к изложению принципов торможения потока воздуха во входных сверхзвуковых диффузо­ рах, напомним некоторые вопросы, связанные с образованием скачков уплотнения в сверхзвуковом потоке.

При обтекании какого-либо тела потоком сжимаемого газа каж­ дая точка его поверхности создает возмущения, которые распростра­ няются в виде волн давления во все стороны со скоростью, равной скорости звука. При дозвуковых скоростях течения газа эти возму­ щения успевают уходить от тела не только назад (по потоку), но и вперед. Распространяясь навстречу набегающему потоку, они как бы предупреждают вновь подходящие частицы воздуха о приближении к препятствию. Струйки тока начинают деформироваться задолго до приближения к обтекаемому телу, чем и обеспечивается достаточная плавность обтекания.

При сверхзвуковых скоростях указанные малые возмущения имеют скорость распространения, меньшую скорости движения тела. Поэтому, не успевая отойти от теша, они накладываются друг на дру­ га. В результате их суммирования впереди тела образуется скачок уплотнения.

На скачке уплотнения происходит внезапное уменьшение скоро­ сти и внезапное увеличение давления. В результате этого осуществ­ ляется сжатие частиц газа, проходящих через поверхность скачка,— увеличение их плотности.

Различают скачки уплотнения прямые и косые. Прямым назы­ вают такой скачок, поверхность которого перпендикулярна направле­

16

Интенсивность скачка уплотнения принято оценивать по степени понижения скорости в скачке и степени повышения в нем давления.

Наибольшей интенсивностью при заданном числе М набегающе­ го потока обладает прямой скачок уплотнения. Торможение сверх­ звукового потока в этом случае получается столь значительным, что за прямым скачком скорость воздуха с2 обязательно становится меньше скорости звука а2 (фиг. 9).

Если угол а близок к 90°, скорость потока за косым скачком остает­ ся еще дозвуковой, хотя и несколько большей, чем та, которая полу­ чалась бы, если бы скачок был прямым. Начиная с некоторого утла а

и потери в скачке, которые принято характеризовать снижением пол­ ного давления. При некотором наименьшем значении угла а скачок становится предельно слабым. В этом случае уменьшение скорости и повышение давления на скачке уже бесконечно мало, а потери в нем почти отсутствуют. Такой бесконечно слабый косой скачок получил

ред ними образуется криволинейный скачок уплотнения, называемый головной волной. В передней части скачок является прямым — он здесь перпендикулярен к наирацдению, набегающего потока (образу-

2 . Ю. Н. Нечаев * 2 *

о О Я Ъ °

ет с ним прямой угол). По мере удаления от тела скачок становится косым, причем угол его наклона и интенсивность постепенно умень­ шаются. На значительном расстоянии от тела косой скачок переходит

ловлено тем, что на образование скачков уплотнения затрачивается определенная энергия. Эта энергия идет .на нагревание газа, прохо­ дящего через скачок.

Передача энергии для создания скачков уплотнения осуществ­ ляется за счет повышения давления на передней части обтекаемого тела. Поэтому волновое сопротивление принято определять путем суммирования сил избыточного давления, возникающих на поверх­ ности тела при образовании скачков уплотнения. Чем интенсивнее, скачок, тем значительнее повышается давление проходящего через него воздуха и тем больше оказывается волновое сопротивление.

Торможение сверхзвукового потока желательно осуществлять в косых скачках, так как в этом случае как потери полного давления, так и внешние сопротивления оказываются меньшими.

Для образования косых скачков могут быть использованы плос­ кие тела, имеющие форму клина, или тела осесимметричной формы—

18

конусы. Рассмотрим особенности их обтекания сверхзвуковым по­ током.

При обтекании клина поверхность скачка является плоской (фиг. 13). До скачка поток является невозмущенным: струйки тока не искривляются. На поверхности скачка происходит излом линий тока. За плоскостью скачка линии тока имеют направление, парал­

Фиг. 12. Обтекание клина:

а — при малых углах ? или больших числах М; б — при больших углах р или малых числах М

лельное поверхности клина, а скорости и давления всюду одинаковы. По этой причине картина обтекания клина и расчет всех параметров потока при этом обтекании очень просты.

течения является более сложной. Скачок уплотнения, возникающий в этом случае, является коническим (имеет также форму конуса, но с большим углом раствора). За этим коническим скачком уплотнения линии тока не параллельны поверхности конуса и поэтому поток за ним является неравномерным

Схема обтекания конуса показана на фиг. 14. Вдоль каждой линии тока за скачком скорости и давления изменяются. По мере