Профилирование дозвуковой части сопла.

Дозвуковая часть сопла должна обеспечить безотрывное, во избежание прогара, течение с равномерным по сечению и известным полем скоростей. Дозвуковая часть сопла ракетного двигателя состоит из трех основных элементов:

а) область входа в дозвуковую часть с радиусом ri;

б) конический участок с углом 6_ВХ;

в) область критического сечения с радиусом г₂.

При выборе конкретных размеров необходимо руководствоваться следующими соображениями, что радиус округления на входе Г) и угол конического участка 0_ВХ оказывает основное влияние на характер течения в дозвуковой части. При таком радиусе округления (г) < 0.7 rbx) и большом угле (0_вх> 0.7рад) на входе в дозвуковую часть, как правило имеет место отрыв от стенки..

Радиус контура сопла в области критического сечения г 2 влияет на два фактора. Наибольшие скорости потока в дозвуковой части сосредоточены в области критического сечения. Поэтому потери на трение в дозвуковой части в основном зависят от Г|. Чем больше радиус очертания г_ь тем больше потери на трение. С другой стороны уменьшение радиуса г\ приводит к значительной неравномерности скорости в критическом сечении и к искривлению линии скорости. Эта неравномерность скорости будет трансформироваться по звуковой части, и в выходном сечении сопла появится дополнительная неравномерность потока, которая приводит к увеличению потерь импульса на рассеивание. Чем меньше Lкр, тем больше будут эти потери. Величина угла изначально сказывается на формировании потока, сильно влияет на интенсивность теплоотдачи от газа к стенке. На основании экспериментальных и теоретических данных принимаем:

В связи с особенностью сверхзвукового течения, к контуру сверхзвуковой часть сопла предъявляются значительно более строгие требования, чем к дозвуковой. Контур необходимо выбирать так, чтобы все струи имели возможность непрерывно изменять свое сечение так, чтобы происходило непрерывное увеличение скорости истечения. Ри профилировании сверхзвуковой часть сопла необходимо определить такой контур, который удовлетворял бы следующим требованиям:

- сопло должно иметь минимальные потери тяги;

- поверхность стенок при заданных Fa и Ркр должны быть минимальными;

- конструкция и технология изготовления стенок сопла должны быть возможно более простыми.,

Для реальной оценки действительного импульса сопла необходимо определить идеальный импульс сопла и коэффициент потерь в сопле.

В общем случае £, £ записывается как суммарный коэффициент потерь импульса от всех факторов, учитывающих отличие реального течения от течения идеальном сопле с идеальным процессом расширения:

Идеальное сопло - сопло с изоэнтропическим расширением, с однородным потоком газа на срезе сопла, параллельным его оси.

Для идеального сопла потери на рассеивание равны нулю.

Приведем примерную методику выбора оптимального сопла.

Исходные данные:

Показатель изоэнтропы.

Скорость звука на срезе сопла а=756, 93 м/с;

Диаметр критического сечения Dкр = 0, 08 м;

Диаметр среза сопла Da = 0, 880 м.

Сопло строим по второй линии тока, поскольку она не имеет резкого излома.

Каждая точка сверхзвукового контура для любой линии тока характеризуется следующими параметрами:

- абсциссой X;

- ординатой Y;

- углом наклона контура 6 к оси X в данной точке;

- значением числа Маха в длинной точке контура;

- значением безразмерного интервала сил давления по осисверхзвуковой части сопла в данной точке.

-

величиной боковой поверхности сверхзвуковой части сопла в данной точке:

Тремя значениями величины потерь импульса (Т,; Т₂; Т₃), отнесенных к радиусу сопла в данной точке.

Порядок профилирования.

Профилируем сопло по промежуточной линии тока и находим примерную ординату нашей крайней точки:

выбираем из таблицы три столбца со второй линией тока:

В качестве исходного, выбираем сопло с меньшими потерями и ближайшие к М_Р:

Данные заносим в таблицу.

Для получения реальных размеров рассчитываем

Таблица 1.5 – Геометрические характеристики сопла.