ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ С ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Лекция 7
1. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели.
2. Ракетно-прямоточные двигатели.
3. Турбореактивные двигатели.
4. Пульсирующий ВРД.

1. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели.

Реактивная тяга прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД) создается вследствие возрастания количества движения воздуха, протекаю¬щего через канал двигателя, в результате сгорания в кислороде воздуха горю¬чего и выделения тепла.
ПВРД имеет входной диффузор, камеру сгорания с форсунками и сопло (рис. 1). Набегающий поток воздуха попадает в диффузор 1, где его скорость падает, а давление, плотность и температура возрастают. Так, например, при скорости полета, в 3 раза превышающей скорость звука (М=3), давление в конце диффузора может повыситься в 25 раз. Поджатый в диффузоре воздух поступает в камеру сгорания 4 и смешивается с горючим, впрыскиваемым че¬рез форсунки 2. Образовавшаяся смесь поджигается и сгорает, а продукты сгорания вытекают через сопло 5 со скоростью, большей, чем скорость набе¬гающего потока. В начале камеры сгорания обычно устанавливается стабили¬затор пламени 3, турбулизирующий поток и образующий затененные (застой¬ные) зоны, в которые поступает топливно-воздушная смесь. Здесь она поджи¬гается с помощью внешнего источника воспламенения. Источник воспламене¬ния требуется только для запуска двигателя, а в процессе установившейся ра¬боты двигателя горение топлива поддерживается автоматически.

Рис. 1. Принципиальные схемы ПВРД:
а – дозвукового; б – сверхзвукового; 1 – диффузор; 2 – форсунки; 3 – ста-билизатор; 4 – камера сгорания; 5 – сопло; 6 – форкамера; 7 – конус диффузо-ра.

ПВРД может создавать реактивную тягу только тогда, когда скоростной напор достаточен для образования повышенного давления в диффузоре (под¬пора). При малых скоростях полета степень сжатия воздуха, получаемая за счет использования скоростного напора, оказывается незначительной, вслед¬ствие чего ПВРД имеет низкий КПД и не создает достаточной тяги.
ПВРД, предназначенный для сверхзвуковых скоростей полета, отличается от дозвукового ПВРД формой входного диффузора и реактивного сопла.
Дозвуковой диффузор (рис. 1) представляет собой расширяющуюся трубу с закругленной передней кромкой. Сечение входа диффузора всегда меньше сечения камеры сгорания (S1При небольших сверхзвуковых скоростях полета (1 < М < 2) применяются расширяющиеся диффузоры с острой передней кромкой и малым углом на¬клона конической поверхности. Тогда перед входом в диффузор двигателя об¬разуется прямой скачок уплотнения, в результате чего скорость течения воз¬духа снижается до дозвуковой. В связи с тем, что потери энергии в прямом скачке растут с увеличением скорости, расширяющиеся диффузоры применя¬ются только до М < 2.
При больших сверхзвуковых скоростях полета для уменьшения потерь при торможении потока мощный прямой скачок на входе заменяется системой слабых косых скачков, что позволяет перевести сверхзвуковой поток в дозву¬ковой с меньшими потерями энергии. Для образования косых скачков уплот¬нения в диффузоре устанавливается заостренное центральное тело (рис. 1).
ПВРД с постоянной геометрией диффузора и сопла имеют оптимальные характеристики только при каком-то одном режиме полета. Поэтому при из¬менении скорости полета и давления потока целесообразно регулировать про¬ходные сечения диффузора и сопла двигателя и изменять расход воздуха. Это обеспечивает лучшие условия работы двигателя на различных режимах по¬лета.
Таким образом, для каждой скорости полета можно подобрать такие диф¬фузор и сопло, при которых получаются наименьшие потери давления, а удельная тяга достигает наибольшего значения. Применение регулируемых ПВРД позволяет получить характеристики, существенно меньше зависящие от изменения скорости полета. Однако это вызывает значительное утяжеление и усложнение конструкции двигателя. Поэтому для летательных аппаратов с от¬носительно небольшой дальностью полета более целесообразно применять нерегулируемые ПРВД.
На рис. 2 приведены схемы размещения ПВРД и воздухозаборников на ЛА. Наибольшее применение на ЛА получили лобовые воздухозаборники (рис. 2.в), кольцевые (рис. 2.д) и боковые (секторные) (рис. 2.г,е,ж). ПВРД, установленные на пилонах (рис. 2.а,б), могут использоваться в качестве ДУ одной из ступеней ЛА и после отработки двигателя сбрасываются с целью уменьшения лобового сопротивления ЛА.
В компоновках, представленных на рис. 2.в,г,д,е,ж двигатель является частью корпуса ЛА. Как правило, камера сгорания располагается в кормовой части корпуса, а воздухозаборники могут размещаться по-разному, в зависимости от назначения ЛА и формы траектории полета.
Тяга ПВРД определяется полным изменением количества движения проходящего через двигатель рабочего тела. Но так как массовый расход воздуха обычно в 15-20 раз превышает расход горючего, то тягу ПВРД можно приближенно считать пропорциональной скоростному напору захватываемого потока воздуха…………

Скачать полную версию работы

СКАЧАТЬ работу l-raketostroenie/lekcii_raketostroenie_07.rar