Плоское сопло Лаваля при нерасчетных условиях

Расчет сверхзвукового сопла

Сверхзвуковые сопла (сопла Лаваля) применяются для создания потаков газа со сверхзвуковыми скоростями. Эти сопла используются в качестве одного из основных элементов реактивных двигателей, а также в паровых турбинах, эжекторах и других аппаратах.

Анализ одномерного течения показал, что поток со сверхзвуковой скоростью может быть получен в трубе с минимальным сечением, если в этом сечении будет достигнута критическая скорость138. В соответствии с этим

Сопло Лаваля представляет собой трубу переменного сечения, состоящую из двух частей. Скорость газа, протекающего через нормально работающее сопло Лаваля, непрерывно увеличивается, причем в суживающейся части сопла скорость дозвуковая, а в расширяющейся — сверхзвуковая.

Элементарный расчет сверхзвуковых сопел производится по уравнению неразрывности, причем должны быть заданы параметры газа перед соплом, расход газа и скорость потока в выходном сечении.

Длина суживающейся части сопла обычно принимается равной диаметру минимального сечения. Длина расширяющейся части определяется по формуле

где D – диаметр выходного отверстия сопла;
d – диаметр в минимальном сечении; W – угол конусности насадка сопла.

На нерасчетном режиме работы сопла с недорасширением газа давления р_с.расч больше давления на нерасчетной высоте . При этом на срезе сопла устанавливаются расчетные параметры состояния и скорость истечения, а падение давления от р_с.расч до происходит вне сопла и тяга ЖРД равна: .

На нерасчетном режиме с перерасширением газа давление р_с.расч меньше давления на нерасчетной высоте , т.е. .

При этом возможны два случая:

1) при процесс расширения газа в сопле расчетной, а за пределами сопла происходит скачок давления до величины . Величина - отрицательна;

2) при скачок давления проникает внутрь сопла и сопровождается отрывом потока от стенок, а формула для расчета тяги ЖРД – недействительна.

Изобразим эти режимы для сопла Лаваля на следующем рисунке:

Для дозвукового сопла эти режимы имеют вид:

Дата добавления: 2017-02-01