WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Вследствие того, что на тонких аэродинамических профилях, установленных под нулевым углом атаки, эффекты сжимаемости газа от торможения потока проявляются незначительно, выражение (5) может быть распространено и на случай расчета обтекания газом таких профилей. Совпадение с проведенным автором экспериментом, при этом, отмечается в широком диапазоне чисел Маха - вплоть до М=0,9. Совместное решение (5) с уравнением Бернулли позволяет определять действительные давления газа.

Разработанная модель использовалась для расчета обтекания профилированной стенки, которая являлась образующей плоского сопла (рис. 2). Исходными данными являлись: скорость набегающего потока, стандартные атмосферные условия (САУ) и геометрическая форма профилированной стенки, которая задавалась численно. При определении безразмерного коэффициента давления СР на поверхности профилированной стенки использовался пакет стандартных программ, применяемый для расчета пространственных течений газа. Переход к течению сжимаемой жидкости производился с помощью поправок Прандтля - Глауэрта и Кармана - Тзяна.

Рис. 2. Расчетная схема течения вдоль профилированной стенки сопла; Где: n- текущая нормаль к поверхности профиля; – касательная к поверхности профиля; V - скорость набегающего потока.

Параметры жидкости определялись в связанной с расчетной точкой системе декартовых координат.

Выполненные расчеты позволяют сделать вывод, что для чисел Маха

М 0,7 принятая математическая модель потенциального течения жидкости с учетом поправки на сжимаемость хорошо согласуется с результатами расчетов обтекания профиля вязким газом. Допустимое отличие (не более 5-8%) наблюдается лишь у передней и задней кромок, где существенны вязкие эффекты в обтекании. Начиная с числа Маха М=0,8, на верхней поверхности профиля появляются области местных сверхзвуковых скоростей, вследствие чего результаты расчетов начинают расходиться с данными, полученными по другим методикам, но т.к. местные скачки уплотнения являются слабыми, и эти результаты могут быть использованы для получения качественных оценок решений рассматриваемой задачи.

Модель газодинамического способа управления дозвуковыми струями включает систему дифференциальных уравнений в частных производных эллиптического типа (ДУЧПЭТ).

При этом:

- в качестве устройства, реализующего эффект отклонения струи, выбрана ориентированная по потоку хорошо обтекаемая профилированная поверхность, профиль поверхности получен методом профилирования спинки лопаток турбины;

- для определения параметров смешивающихся потоков вдоль оси сопла применен интегральный метод расчета газовых струй;

-исходными данными для расчета являлись форма и размеры плоского сопла, параметры потоков эжектируемого воздуха и активной реактивной струи;

-допускалось, что профиль скорости в пограничном слое смешивающихся потоков описывается безразмерным профилем Шлихтинга.

-на основе уравнений расхода и импульсов, записанных для ряда поперечных сечений смешивающихся потоков в сопле, составлена система уравнений, позволяющая определить ширину пограничного слоя смешивающихся потоков, профиль скоростей и распределение статических давлений вдоль сопла;

- с помощью численного решения ДУЧПЭТ найдены выражения для потенциальных функций и скоростей газа на поверхности тела;

- по найденному распределению скоростей жидкости определялись давления, т.е. поверхностные силы, которые вызывают изменение направления струи.

Особенностью расчетной модели является её большая универсальность в отношении численно заданной формы профилированной стенки сопла.

В третьей главе описан комплекс испытательных средств для имитационного моделирования условий взаимодействия реактивной струи плоского сопла с воздухом окружающей среды. Основу испытательного стенда (рис. 3) составляет газогенератор малоразмерного двигателя МД-45, снабженный устройствами входа и сменным выходным соплом, а также контрольно- измерительная система, позволяющая определять в режиме эксперимента термодинамические параметры, горизонтальную составляющую тяги двигателя, поля полных давлений и температур в реактивной струе, определяющие угол её отклонения.

Режимы испытаний представлены в таблице 1

Таблица 1.

Режим работы

Расход воздуха кг/с

Обороты турбокомпрессора об/мин

Тяга

Кгс(Н)

1

0.6 от максимального

0,75

44000

36(353)

2

0.8 от максимального

0,85

46000

43(421,6)

3

Максимальный

0,95

48000

50(490,3)

Рис. 3. Принципиальная схема экспериментальной установки

1- лемнискатный насадок, предназначенный для замера расхода воздуха через двигатель; 2 - датчик для замера горизонтальной составляющей тяги; 3 - газогенератор МД-45; 4 - сопло с УВТ; 5 – датчики статического давления; 6 – гребенки датчиков замера осевого поля полного давления в струе (или гребенки термопар для замера поля температур); 7 – труба отвода выхлопных газов.

Конструктивная схема разработанного выходного устройства представлена на рис.4

Рис.4. Конструктивная схема выходного устройства

1-обтекатель; 2-регулируемые заслонки эжекторного насадка; 3-профилированные стенки; 4-переходный корпус; 5-пилон; 6-механизм поворота заслонок; 7.1…7.8- штуцера для замеров статического давления.

В четвертой главе приведены результаты экспериментально-теоретического исследования дозвуковых течений в плоском выходном устройстве двигателя.

Разработанная модель управления дозвуковыми струями позволила провести численный анализ процесса течения газа, результаты которого представлены на рис.5-7.

Рис.5. Распределение коэффициента давления CР у профилированной стенки сопла. Число Маха М = 0.5;- значение безразмерной продольной координаты, где L – длина профиля; =/L безразмерная ордината.

Разряжение над обтекаемым профилем (рис.5) распространяется на достаточную глубину (= 0,50,6), вследствие чего силы, вызванные перепадом давления, приложены не только к тонкому слою газа, непосредственно прилегающему к поверхности профиля, но и к значительной части потока, сопоставимой по высоте с длинной профилированной стенки над ним, что и приводит к изменению направления течения струи газа.

На рис. 6 представлено расчетное поле скорости газа у профилированной стенки сопла для струи ограниченных поперечных размеров, полученное с помощью решения уравнений Навье-Стокса. При этом отмечено, что, при истечении струи газа из эжекторного сопла на режимах отклонения, зона пониженного давления образуется на поверхности, ограничивающей область возвратно-циркуляционного течения газа. В этом случае, при рассмотрении двухмерной задачи, струя газа будет «прилипать» к жидкой линии тока, а не к твердой стенке.

Рис. 6. Поле скорости газа у профилированной стенки сопла 1 для струи ограниченных поперечных размеров. Число Маха М=0,9. Угол отклонения струи – 10о.

На рис.7 представлена схема линий тока для рассматриваемого течения, когда на начальном участке струя отделена от профиля зоной возвратно-циркуляционного течения газа. Установлено, что эта зона не препятствует присоединению струи к поверхности профиля, благодаря области разряжения, образующейся над профилем.

Рис.7. Линии тока у профилированной стенки сопла при наличии зоны возвратно-циркуляционного течения газа на начальном участке. 1 – профиль стенки сопла; 2 – перегородка; 3 – зона возвратно-циркуляционного течения

Для верификации разработанной модели проводились испытания двигателя, результаты которых представлены в виде распределения давлений на профилированной стенке сопла и полей давлений и температур в потоке газа (рис.8-10)

Рис. 8. Эпюры распределения давлений на профилированной стенке сопла

Рис. 9. Эпюры распределения давлений в реактивной струе

Рис. 10. Эпюры распределения температуры в реактивной струе.

Сопоставление численных результатов с экспериментами в исследованном диапазоне режимов работы двигателя показало их удовлетворительную сходимость (отличие около 5%).

Эффективность регулирования положения вектора реактивной струи сопла определяется вертикальной составляющей тяги, для определения которой была разработана специальная методика.

При этом предполагалось, что:

-внутренние поверхности профилированных стенок плоского сопла являются единственным местом на двигателе, где силы давления, приложенные к поверхности в проекции на вертикальную ось, являются неуравновешенными;

- давление на внешней стороне профилированных стенок сопла равно атмосферному.

С учетом принятых допущений была произведена оценка вертикальной составляющей тяги, для определения которой были просуммированы силы, действующие на внутренние поверхности профилированных стенок

(6)

где РY – вертикальная составляющая тяги; Р - текущее значение разницы статических давлений на нижней и верхней внутренних поверхностях профилированных стенок сопла;- местный угол между касательной к поверхности и горизонтальной осью; F1 и F2 - площади первого и последнего сечений сопла.

Результаты расчета сведены в таблицу №2.

Таблица 2.

Режим работы двигателя

Сила, действующая на нижнюю стенку сопла, (Н)

Сила, действующая на верхнюю стенку сопла, (Н)

Вертикальная составляющая
тяги, кгс, (Н)

Расстояние между профилированными стенками А=135 мм

1

17,31

36,4

4,58 (44,91)

2

17,98

44,25

5,34 (52,36)

3

10,02

51,35

5,89 (57,76)

Расстояние между профилированными стенками А=115 мм.

1

16,76

37,5

3,88 (38,05)

2

12,15

42,75

4,81 (47,17)

3

14,40

52,1

5,83 (57,17)

Расстояние между профилированными стенками А=95 мм.

1

20,61

35,85

0,36 (3,53)

2

19,84

41,825

0,72 (7,06)

3

16,19

50,05

1,46 (14,32)

При одной закрытой и одной открытой заслонке осевая составляющая тяги уменьшается по с равнению с осевой тягой, определенной как среднее арифметическое значение тяги при обеих закрытых и обеих открытых заслонках.

Результаты экспериментов показали, что при одной и той же частоте вращения ротора осевая тяга при открытых заслонках оказывается в среднем на 10-14% выше, чем при закрытых заслонках, что связанно с эжекцией воздуха в сопло.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»