11.2 Реактивное сопло

Потоки внешнего и основного контуров могут иметь отдельные реактивные сопла или смешиваться между собой, образуя общее реактивное сопло. В любом случае поток на входе в реактивное сопло считается однородным; неоднородность вносит небольшой вклад в коэффициент расхода, величина которого меньше единицы. (Коэффициент расхода – это отношение фактического массового потока к массовому потоку, получающемуся при расширении на выходе до статического давления без потерь и однородном потоке с площадью, равной геометрической площади реактивного сопла). Для запертого реактивного сопла с углом сужения составляющим 5º, коэффициент расхода составляет 0.97, тогда как коэффициент скорости равен 0.998, как видно, ошибка в расчётах и погрешность невелики, следовательно, этим можно пренебречь при дальнейшем изложении материала. При высоких скоростях полёта обычно используются сопла Лаваля, однако для летательных аппаратов, совершающих полёты на дозвуковых скоростях стоимость и вес таких сопел не оправдывают затраты на эксплуатирование.

Изменение безразмерного массового расхода, проходящего через сужающееся сопло с отношением давлений (давление торможения потока статическое давление на выходе) в сечении сопла показано на рисунке 11.2 для воздуха (с коэффициентом k = 1.40) и для выхлопных газов, для которых принят коэффициент k = 1.30. До этого принималось условие обратимости потока в критическом сечении, которое для сужающегося сопла располагается на выходе из сопла. Увеличения массового расхода по отношению давлений происходит до достижения определенного значения.

Рисунок 11.2. Изменение безразмерного массового потока через сужающееся реактивное сопло.

Как выяснено в теме 6 запирание в реактивном сопле происходит, когда отношение давление торможения равно или в несколько раз больше, чем окружающее статическое давление, т. е. равно 1.89 для случая, когда k = 1.40. Когда сопло заперто, а число Маха в его горле равно единице, тогда безразмерный массовый поток характеризуется как постоянный, другими словами:

.

Для чистого воздуха, проходящего через реактивное сопло второго контура, при

k = 1.40 получаем:

.

Отличается от нашего A(k,R) на величину корня из Ср=1005

Для потока в турбине или в основном реактивном сопле, при k = 1.30 принимаем наиболее соответствующее приближённое значение:

. Отличается от нашего A(k,R) на величину корня из Ср=1265

Массовый поток и все условия на входе в критическое сечение сопла остаются неизменными, как только поток запирается. На рисунке 11.2 показана зависимость и применительно к соплу Лаваля, где A – площадь критического сечения сопла, а P – соответствующее ему давление в критическом сечении сопла. (Изменение изоэнтропической площади в сопле Лаваля показано на рисунке 6.2 в функции от числа Маха; при использовании кривых , также изображённых на рисунке 6.2, может быть выведена зависимость площади от статического давления). Почти во всех случаях реактивное сопло будет заперто; исключение составит сопло внешнего контура, эксплуатируемое на малых скоростях полёта.

Хотя сопло заперто, и состояния вверх по течению в двигателе не меняются, это не означает того, что изменений вниз по потоку за горлом нет, просто их изменение незначительно, хотя это может привести к изменению тяги. Этот процесс хорошо отображён в Упражнении 11.1.

2. Баланс мощности для ротора НД в ТРДД. (17.3.2)