Характеристики нерегулируемых сверхзвуковых выходных устройств

Характеристикой выходного устройства называется зависимость коэффициента эффективной тяги (или ) от p_с.расп и числа М полёта:

= (p_с.расп; M_н). (11.6)

Характеристики выходных устройств определяют либо расчетными методами, либо, как указывалось, путем продувок их уменьшенных по размерам геометрически подобных с натурой моделей (или – компоновок этих моделей с прилегающими элементами планера) в аэродинамических трубах.

Рассмотрим в качестве примера характеристики сопла Лаваля с _с = const и _кр = const в двух характерных случаях – при M_н=0 и при наличии внешнего обтекания.

Рис.11.8. Характеристики нерегулируемого сверхзвукового сопла при Mн=0

Характеристика такого сопла при отсутствии внешнего обтекания представлена на рис. 11.8, – кривая 1. Буквой «p» здесь отмечена расчетная точка, в которой p_с = p_с.расп. На этом режиме р_с = р_Н и =j_с Потери на нерасчетность течения в этой точке отсутствуют. Вправо от точки «p» величина уменьшается из-за возникновения потерь от недорасширения, так как здесь p_с=const, а давление на срезе сопла становится большим атмосферного. Влево от точки «p» в определенном диапазоне изменения p_с.р величина p_с также остается постоянной, а давление на срезе сопла становится меньшим р_Н. Возникают потери от перерасширения. Коэффициент j_с на автомодельных режимах работы сопла, где p_с=const, остается неизменным.

При значительном снижении p_с.расп по сравнению с p_с в сопле внутреннего расширения наступает отрывной режим течения. Мостообразный скачок уплотнения, который на режимах перерасширения находился за пределами сопла, проникает внутрь сопла. Из-под основания этого скачка возникает отрыв потока. По мере дальнейшего уменьшения p_с.р область отрыва расширяется, а точка отрыва потока приближается к критическому сечению сопла. Это приводит к некоторому снижению потерь от перерасширения (атмосферное давление проникает внутрь сопла) и к возрастанию коэффициента по сравнению с его значениями при безотрывном течении газа, показанными на рис. 11.8 штриховой линией О-а. Для сравнения на рис. 11.8 штриховой линией 2 показана также характеристика плоского нерегулируемого сверхзвукового сопла с внешним расширением (с косым срезом), имеющего одинаковое с соплом Лаваля расчетное значение p_с. Если сопло Лаваля является осесимметричным, а сопло с косым срезом – плоским, то при p_{с.расп =} p_с.расч )_р у плоского сопла внутренние потери могут быть более высокими, чем у осесимметричного (точка «p¢» на рис.11.8). Но на режимах перерасширения падение коэффициента тяги у этого сопла является менее значительным вследствие того, что при снижении p_с.расп уменьшаются как площадь F_c.ж по жидкой линии тока, так и p_с.

Характеристика нерегулируемого сопла Лаваля в условиях сверхзвукового внешнего обтеканияпри некотором M_н=const показана на рис. 11.9. Штриховой линией изображена зависимость от p_с.расп, а сплошной - = – от p_с.расп. Показан также характер изменения величин _кор и от p_с.расп.

На режиме перерасширения, как видно из рис. 11.9, в области безотрывного течения величина Х_кор при M_н=const не изменяется. Это объясняется тем, что на этих режимах распределение давлений на поверхности кормы не зависит от изменения p_с.р, так как струя за соплом имеет сужающуюся форму и не оказывает влияния на внешнее сверхзвуковое обтекание кормы. На режимах недорасширения абсолютная величина кормового сопротивления Х_кор уменьшается. На этих режимах струя непосредственно за срезом сопла имеет расширяющуюся (выпуклую) форму и вызывает поворот сверхзвукового потока, стекающего с кормы, в сторону от оси сопла. Возникает кормовой скачок уплотнения, который по мере увеличения выпуклости струи на выходе из сопла (при возрастании p_с.р) перемещается над поверхностью кормы вверх по потоку. Давление за скачком повышается, и по этой причине Х_кор снижается. Величина =Х_кор/Р_с.ид все время уменьшается с ростом p_с.р вследствие увеличения _с.ид, но вначале медленнее (при постоянстве Х_кор), а затем быстрее (при снижении Х_кор). Разность и дает зависимость от p_с.р. Как видно, максимум при M_н>1,0 смещается на более высокие значения p_с.р по сравнению с расчетными.