5.4. Характеристики и регулирование сопел Лаваля

Характеристиками выходных сопел принято называть зависимости коэффициента эффективной тяги сопла от полной степени понижения давления газа и числа М полета.

Чем на большие числа М полета рассчитано нерегулируемое сопло Лаваля, тем более высокие потери оно дает на пониженных скоростях полета. Если же рассчитывать сопло на малые числа М полета, то значительно возрастают потери при высоких числах М полета. Устранить это противоречие можно регулированием относительной площади среза сопла.

Всережимное регулируемое сопло Лаваля должно иметь изменяемое отношение площадей среза и критической. Помимо этого, возникает необходимость регулирования самой площади критического сечения сопла. Такое регулирование площади критического сечения при одновременном изменении отношения площадей может быть осуществлено применением многостворчатого сопла.

Одновременно регулируемое сопло позволяет ускорить и облегчить запуск и приемистость двигателя, получить минимальный удельный расход топлива на крейсерском режиме, увеличить запас устойчивости компрессора.

Всережимные регулируемые сопла Лаваля обладают значительной конструктивной сложностью. Это послужило причиной разработки и создания других схем выходных сопел. К ним относятся эжекторные сопла и сопла с центральным телом.

5.5. Эжекторные сопла

Этот вид сопел отличается от сопел Лаваля тем, что у них сверхзвуковой контур полностью или частично заменен границей свободной сверхзвуковой струи, а для улучшения характеристик осущестляется подача в сопло вторичного (эжектируемого) воздуха. Сопла этого типа называют также соплами с разрывом сверхзвукового контура.

Сопло с разрывом сверхзвукового контура регулировать конструктивно проще, чем сопло Лаваля. это объясняется тем, что площадь критического сечения первичного сопла у них может изменяться за счет использования обычных регулируемых створок. Для регулирования же площади выходного сечения могут применяться более простые, чем в регулируемом сопле Лаваля, створчатые конструкции обечайки. Дополнительная возможность регулирования обеспечивается подачей вторичного воздуха, благодаря чему сама граница свободной струи может в той или иной степени изменить свою форму, приспосабливаясь к изменению положения регулируемых створок и перепада давлений в сопле. Подача вторичного воздуха способствует при этом снижению внутренних потерь в сопле, а также обеспечивает интенсивное охлаждение элементов конструкции. Наконец, применение таких сопел в ряде случаев позволяет решить задачу оптимального согласования работы входного устройства, т.е. такого согласования его работы, при котором обеспечивается максимальая эффективная тяга силовой установки. Это объясняется возможностью перепуска части воздуха, входящего в воздухозаборник, но излишнего для двигателя, в выходное сопло со значительно меньшими потерями, чем при каком-либо другом способе его перепуска.

Относительный расход вторичного воздуха характеризуется коэффициентом эжекции, равным.

Из сравнения характеристик различных сверхзвуковых сопловых аппаратов можно сделать вывод, что при одинаковом значении относительной площади выходного сечения в области высоких степеней полного падения давления наименьшие потери имеет сопло Лаваля. Эжекторное сопло с цилиндрической обечайкой имеет более высокие потери, а с профилированной - незначительно большие, чем сопло Лаваля.