устройство для фиксации скачков уплотнения в сверхзвуковом потоке

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ СКАЧКОВ УПЛОТНЕНИЯ В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОТОКЕ, содержащее сопло, включающее дозвуковой и сверхзвуковой участки, отличающееся тем, что дозвуковой участок выполнен цилиндрическим, а сверхзвуковой - в виде призмы, сечение которой в носовой части в виде треугольника, а в кормовой - круглое, причем угол полуклина призмы составляет 12 30^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области управления летательным аппаратом при сверхзвуковых скоростях его полета, в частности для фиксации скачков уплотнения в сверхзвуковом потоке.

Известно устройство для фиксации скачков уплотнения, состоящее из сопла, включающего дозвуковой и сверхзвуковой участки. Сечения участков имеют треугольную форму и направлены клином навстречу потоку. Угол полуклина составляет 5-10^о.

Недостатком данного устройства является ограниченная возможность повышения эффективности фиксации скачков уплотнения на жидком клине, образуемом истекающей струей, предельная степень нерасчетности nпр для звукового сопла (М_с= 1) составляет n_пр= 12,5 и n_пр=1 для сверхзвукового сопла (М_с=2,9). В пределах угла =5 и 10^о при n n_кр получена фиксация скачков на клинообразной струе и соответственно безотрывное течение перед струей. При увеличении угла 10-12^о устройство не работает, картина течения соответствует случаю выдува из круглого сопла с образованием развитой отрывной зоны перед струей.

Задачей изобретения является повышение эффективности устройства.

Задача решается тем, что в устройстве для фиксации скачков уплотнения, содержащем сопло, состоящее из дозвукового и сверхзвукового участков, дозвуковой участок выполнен цилиндрическим, а сверхзвуковой - в виде призмы, сечение которой в носовой части в виде треугольника, а в кормовой - круглое, причем угол полуклина призмы составляет 12-30^о.

На фиг. 1 изображена схема устройства для фиксации скачков уплотнения в сверхзвуковом потоке, скорость которого характеризуется числом М; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема течения; на фиг. 4 - зависимость предельных углов полуклина =f(М₁), обеспечивающих работу устройства при <_I; на фиг. 5 - зависимость коэффициента донного давления для сопла с внезапным расширением от относительной площади расширения канала = .

Устройство для фиксации скачков уплотнения в сверхзвуковом потоке состоит из сопла 1, включающего дозвуковой 2 и сверхзвуковой 3 участки (фиг. 1). Дозвуковой 2 участок выполнен в сечении круглым с диаметром d и площадью сечения F_кр, а сверхзвуковой 3 - в виде призмы, носовая часть которой в сечении имеет треугольную форму, а кормовая - круглая, диаметром D_c, суммарной площадью сечения > 1,0, т.е. образуется канал с внезапным расширением. Длина канала составляет l /2,5-3/h, где высота канала h = .

Угол полуклина призмы составляет 12-30^о и выбирается по экспериментальной зависимости _I =f(М₁) из условия < _I (фиг. 4). Площадь расширения канала выбирается в зависимости от приведенного давления выдува струи ( ) по экспериментальным зависимостям (фиг. 5)

= f , x , где значение x_c=1,25-1,667 зависит от состава газа выдуваемой струи, из условия 0,35-0,4 . Давление потока Р₂ за косым скачком уплотнения определяется по соотношению

P₂/P₁= sin² M²₁ - , где угол скачка определяется по числу М, потоку и углу по таблицам для плоских течений.

Устройство устанавливается в стенке, обтекаемой сверхзвуковым потоком (боковая поверхность летательного аппарата, стенка камеры сгорания и т.п.).

Устройство работает следующим образом. При выдуве струи через такое сопло 1 она расширяется в сверхзвуковом участке 3 до давления Р_с, примерно равного давлению Р₂ в потоке, т.е. из канала 3 вытекает уже расчетная струя клиновидной формы сечения без дальнейшего расширения в потоке. В сверхзвуковом потоке, обтекающем струю как клиновидное препятствие, образуются косые скачки уплотнения 4, которые при угле полуклина < _I фиксированы на носке этого препятствия. Это исключает образование перед струей свободной отрывной зоны.

При угле полуклина > _I на поверхности под скачком уплотнения 4 образуются отрывные зоны, которые затем распространяются в зону перед струей, и устройство становится неэффективным.

Применение такого сопла благодаря отсутствию отрывной зоны расширяет эффективность создания управляющих усилий при больших давлениях вдува струи (Р_oс=100-500 атм), а также на углах атаки ^I10^о.