Прямоточный ВРД

Прямототный ВРД (ПВРД) является простейшим воздушно-реактивным двигателем. Его рабочий процесс и основные показатели в значительной степени зависят от скорости полёта. Этим обусловливается разли­чие в устройстве прямоточных ВРД, предназначаемых для полета на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях.

Рис.7

На рис. 7 изображена схема прямоточного ВРД для дозвуковых скоростей полета. Он состоит из входного диффузора /, камеры сго­рания 2 и реактивного сопла 3.

Принцип работы прямоточного ВРД заключается в том, что при полете самолета с большой скоростью встречный поток воздуха, на­бегающий на двигатель, тормозится перед входом в диффузор и в самом диффузоре, в результате чего уменьшается скорость воз­духа и повышается его давление.

При дозвуковых скоростях полета торможение воздушной струи сопровождается, как известно, увеличением площади ее поперечного сечения, поэтому диффузор в этом случае выполняется в виде

рас­ширяющегося канала.

Воздух, сжатый перед двигателем и в диффузоре за счет ско­ростного напора, поступает в камеру сгорания, в которую через ряд форсунок впрыскивается топливо. Топливо-воздушная смесь при за­пуске воспламеняется с помощью специального воспламенителя, а в дальнейшем горение поддерживается за счет соприкосновения смеси с горящими газами.

В камере сгорания устанавливаются завихрители, создающие устойчивые очаги горения. Температура газа на выходе из камеры сгорания может достигать 2000°Ц и более.

У прямоточных ВРД давление в процессе сгорания почти не из­меняется, поэтому они относятся к типу двигателей с подводом тепла при постоянном давлении. В действительности давление в ка­мере сгорания цилиндрической формы будет несколько падать из-за увеличения скорости газа вследствие его нагрева, а также в резуль­тате гидравлических сопротивлений.

Продукты сгорания из камеры попадают в реактивное сопло, где происходит их расширение, сопровождающееся увеличением скоро­сти. В результате скорость истечения оказывается большей, чем ско­рость полета.

При дозвуковых скоростях полета, когда скорость истечения не превосходит скорости звука, реактивное сопло выполняется сужи­вающимся, поскольку в этом случае, как известно, ускорению газо­вого потока должно сопутствовать уменьшение площади струи.

Тяга, создаваемая прямоточным двигателем, определяется разно­стью количества движения вытекающих из двигателя газообразных продуктов сгорания и втекающего воздуха.

Отношение давления воздуха в конце процесса его сжатия в дви­гателе к давлению воздуха в окружающей атмосфере называют степенью сжатия воздуха в ПВРД. При дозвуковых скоростях полета степень сжатия воздуха за счет использования скоростного напора получается не очень значитель­ной, в силу чего прямоточный ВРД имеет низкий к. п. д. В частности, при скорости полета, рав­ной нулю, прямоточный ВРД не может создавать тяги, поэтому разбег самолета и его самостоятельный взлет при помощи одного только прямоточного ВРД невозможны.

Однако увеличение скорости полета приводит к увеличению сте­пени сжатия воздуха в двигателе и к улучшению характеристик прямоточного ВРД. Поэтому при больших скоро­стях полета его применение может оказаться целесообразным и даже более выгодным, чем применение других типов воздушно-реактив­ных двигателей.

В тех случаях, когда скорость полета прямоточного ВРД про­стейшего типа превышает скорость звука, перед входом в двигатель возникает прямой скачок уплотнения. Но в прямом скачке уплотнения происходит почти мгновенное уменьшение скорости и повышение давления воздуха. Такое «удар­ное» сжатие воздуха сопровождается большими потерями, заметно ухудшающими процесс сжатия.

Для уменьшения потерь при торможении сверхзвуко­вого потока (рис.8) перед поступлением его в двигатель нужно переход от сверхзвуковых скоростей к дозвуковым осуществлять посредством ряда косых скачков 1уплотнения, заканчивающихся слабым прямым скачком 2.

Рис.8

В этом случае один прямой скачок очень большой интенсивности удается заменить несколькими скачками, в каждом из которых из­менения скорости и давления оказываются значительно меньшими, чем при наличии одного прямого скачка, поэтому и потери здесь получаются меньшими.

Для образования косых скачков может быть использована спе­циальная профилированная игла, установленая в диффузоре и вы­двинутая навстречу набегающему потоку. Схема прямоточного ВРД для сверхзвуковых скоростей полета с трехскачковым диффузором изображена на рис. 8.

Прямоточный ВРД для сверхзвуковых скоростей полета отли­чается от дозвукового прямоточного ВРД не только наличием спе­циального многоскачкового входного диффузора, но еще и формой реактивного сопла.

Это объясняется тем, что в реактивном сопле достигаются очень большие перепады давлений, соответствующие сверхзвуковым скоростям истечения.

В этом случае реактивное сопло приходится делать сначала суживающимся, а затем расши­ряющимся. В суживающейся части сопла скорость газа увеличи­вается до скорости звука. Дальнейшее увеличение скорости потока происходит в расширяющейся части сопла.

Дата добавления: 2014-01-11