Лекция №8 « Торможение газового потока»

Торможение дозвукового потока. Торможение сверхзвукового потока.

Кроме ускорения газового потока в отдельных частях авиационных реактивных двигателей, происходит и торможение газа.

Процессом торможения называется процесс преобразования кинетической энергии в работу сжатия.

Торможение дозвукового потока по своему физическому смыслу и результатам противоположено процессу ускорения. Если при ускорении потока происходит уменьшение площади поперечного сечения струи и уменьшение давления, плотность и температуры газа, то при торможении, наоборот, увеличивается площадь поперечного сечения струи при одновременном росте давления, плотности и температуры. Торможение потока происходит в диффузорах.

Каналы предназначенные для торможения газового потока, называются диффузорами.

Таким образам, дозвуковой диффузор представляет собой расширяющийся канал.

Сверхзвуковой поток в отличие от дозвукового тормозится не постепенно, а скачком. Пересекая фронт скачка, толщина которого не превышает нескольких сотых долей микрона, скорость уменьшается, вызывая скачкообразное повышение давления, плотность и температуры.

Прямой скачек уплотнения. Косые скачки уплотнения Скачки уплотнения и их особенности.

Прямым скачком уплотнения называется такой скачок, у которого фронт скачка перпендикулярен к направлению скорости движущегося газа.

Прямые скачки уплотнения возникают при обтекании сверхзвуковым потоком тел с тупыми (закругленными) входными кромками (например, простых дозвуковых диффузоров).

Характерные особенности:

1. Сохранение неизменным направления потока.

После прямого скачка уплотнения поток продолжает двигаться в том же направлении, что и перед скачком.

2. Скорость за прямым скачком всегда оказывается дозвуковой.

Это объясняется тем, что только в дозвуковом потоке слабые возмущения могут распространяться против течения и, суммируясь (накладываясь одно на другое), создать ударную волну.

3. Чем больше сверхзвуковая скорость до скачка, тем меньше оказывается скорость после скачка.

Таким образом, с ростом скорости возрастает интенсивность прямого скачка.

4. Сохранении неизменной площади струйки тока.

Косым скачком уплотнения называется такой скачок, у которого фронт скачка располагается наклонно к направлению скорости потока.

Косые скачки возникают при обтекании сверхзвуковым потоком конических либо клиновидных тел.

Особенности косых скачков:

1. В косом скачке изменяется направления потока. Поток отклоняется от начального направления на некоторый угол .

2. Площадь струйки тока за косым скачком меньше, чем до скачки. Из этого следует, что в косом скачке не может происходить столь интенсивное уменьшение скорости, как это наблюдается в прямом скачке уплотнений.

3. после косого скачка скорость может остаться сверхзвуковой, т.к. скачку подвергается только одна составляющая скорости.

4. Чем меньше угол наклона фронта скачка, тем менее интенсивным оказывается скачок: степень уменьшения скорости и увеличения давления в скачке снижаются.

5. Потери полного давления и плотности в косых скачках меньше чем в прямом.

Особенности входных диффузоров для сверхзвуковых скоростей полета.

При сверхзвуковой скорости полета перед диффузором возникает скачок уплотнения. Впереди обычного дозвукового диффузора возникает самый простой, но вместе с тем и самый невыгодный прямой скачок уплотнений. В этом случае за скачок скорость оказывается дозвуковой, а давление и плотность вследствие необратимых потерь (перехода части кинетической энергии в тепловую) оказываются значительно меньшими, чем давление и плотность при идеальном адиабатическом торможении. За прямым скачком как перед диффузором, так и в самом диффузоре поток ведет себя так же, как и при дозвуковых скоростях полета.

В результате сравнительно небольшого возрастания плотности в прямом скачке уплотнений секундный расход воздуха через диффузор и, следовательно, через двигатель оказывается значительно меньше, чем при идеальном безударном торможении. Поэтому и сила тяги двигателя с таким диффузором окажется значительно меньше, чем в идеальном случае без потерь.

Для увеличения тяги реактивных двигателей и уменьшения сопротивления самолетов при сверхзвуковых скоростях полета прямой скачок заменяется системой косых скачков уплотнений, обеспечивающих более эффективное торможение потока.