Файл: Михайлов, В. И. Термодинамика и силовые установки летательных аппаратов учеб. пособие.pdf

Глава• V

РЕАКТИВНЫЕ СОПЛА ДВИГАТЕЛЕЙ

§ 1. Виды и устройства реактивных сопел двигателей

Реактивное сопло двигателя предназначается для преобразо­ вания потенциальной энергии (энтальпии) газа' в кинетическую с целью ускорения газового потока, покидающего двигатель.

Кроме того, с помощью сопла, у которого меняются проходные сечения, можно изменять параметры газа по тракту двигателя, а следовательно, режим работы двигателя.

Реактивные сопла разделяются на дозвуковые и сверхзвуко­ вые. Они могут быть как регулируемыми, так и нерегулируе­ мыми.

'Дозвуковые нерегулируемые сопла (рис. 5.1, а) — это сужи­ вающиеся конические каналы с углом конусности около 10-=-15° и с постоянной площадью выходного сечения Fc. В регулируемых

41

дозвуковых соплах площадь выходного сечения меняется. Кон­ струкции регулируемых сопел разнообразны. Возможно, напри­ мер, изменять площадь выходного сечения сопла при помощи специально профилированных поворотных створок 2 (рис. 5.2, а)г управление которыми осуществляется сервомотором либо при помощи кольцевого набора взаимосвязанных створок 2, шар­ нирно укрепленных на корпусе 1 двигателя (рис. 5.2, б). Степень раскрытия створок, находящихся под воздействием вытекающих газов, ограничивается обжимным кольцом 3, связанным с серво­ мотором 4. Сверхзвуковое нерегулируемое сопло выполняется

вформе сопла Лаваля с постоянной площадью критического FКІ>

ивыходного Fс сечений (рис. 5.1, б). В сверхзвуковом регулируе­ мом сопле площади FKp и Fc изменяются. Некоторые из возмож­ ных вариантов сверхзвукового регулируемого сопла представ­ лены на рис. 5.3:

а) сопло с эжекцией окружающего воздуха, которое обладает свойством саморегулирования, так как площади проходных сечений сопла зависят от расхода эжектируемого воздуха, т. е. от давления перед соплом и давления окружающей среды;

б) сопло с шарнирно укрепленными на корпусе 1 двигателя створками 2, раскрытие которых ограничивается обжимным коль­ цом 3, связанным с сервомотором 4\

в) сопло со специально профилированным центральным те­ лом 5, осевое смещение которого осуществляется сервомотором 4\ центральное тело работает в потоке газа высокой температуры, в связи с чем возникает потребность в охлаждении его со сто­ роны внутренней поверхности, например воздухом, отбираемым от компрессора.

Реактивные сопла двигателей выполняются несколько укоро­ ченными, так как стремятся снизить вес, уменьшить габариты и улучшить охлаждение сопла.

В ряде случаев выходные устройства двигателей предусмат­ ривают реверс тяги, т. е. изменение направления тяги. Примене­ ние реверсивных устройств позволяет уменьшить длину пробега самолета при посадке и повысить его маневренные качества. Не­ которые из реверсивных устройств показаны на рис. 5.4, где кор­

Регулирование реактивного сопла может осуществляться в за­ висимости от принятой системы управления двигателем по сигна­ лам, выдаваемым регулятором числа оборотов двигателя, регу­ лятором температуры газа перед турбиной, регулятором расхода форсажного топлива, программным механизмом (агрегатом объ­ единенного управления).

42

43

§ 2. Основные зависимости и показатели для реактивного сопла

Скорость истечения газа из сопла при адиабатическом процессе определяется по формуле

женного потока на входе в сопло; іс и рс — энтальпия и давление

где <рс— коэффициент скорости (для сопла ВРД и ЖРД срс = =0,96-4-0,98).

Потери энергии в сопле могут оцениваться и коэффициентом сохранения полного давления

Коэффициент Орс зависит не только от <рс, но в значительной мере

44

где

k+l 1

ft~r1 ft —1

Действительный расход газа т меньше теоретического в связи с отмеченными выше потерями энергии (учитываются ср0), суже­ нием струи на выходе из дозвукового сопла (учитывается коэф­ фициентом р.) и изменением температуры газа в результате тре­ ния (учитывается коэффициентом ф). Поэтому

ГДе фо = феРф.

Отношение площади Fс выходного сечения сверхзвукового сопла к площади FT;p критического сечения называется степенью уширения сопла

Из равенства расхода газа через критическое и выходное се­ чение сопла следует, что

1

РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Глава VI

ТУРБОРЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

§ 1. Устройство и принцип действия двигателя

Турбореактивные двигатели (ТРД) вне зависимости от кон­ структивных форм, имеют одинаковые по своему назначению эле­ менты. Турбореактивный двигатель (рис. 6.1) состоит из входного

Рис. 6.1. Принципиальная схема турбореактивного двигателя.

устройства I, компрессора II, камеры сгорания III, газовой тур­ бины IV и реактивного сопла V. На рис. 6.1 показаны характер­ ные сечения двигателя. Параметры газа, относящиеся к опреде­ ленному сечешпо, принято обозначать индексом этого сечения.

Принцип действия турбореактивного двигателя сводится к следующему. В полете воздух перед двигателем и во входном устройстве (диффузоре) тормозится и сжимается. Снижение скорости воздуха от. со до щ вызывает повышение энтальпии, а следовательно, давления и температуры от ро и Т0 до рі и Т\. Дальнейшее сжатие воздуха происходит в компрессоре, который приводится в действие от газовой турбины. Работа, затрачивае­ мая на вращение ротора компрессора, обусловливает повыше­ ние давления и температуры до значений р2 и Т2. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания. В потоке этого воздуха сжигается распыленное при помощи форсунок топливо. В результате

47