РДТТ конструкции технологии материалы - XVI

Впрочем, в обсуждаемом примере присутствует отрыв потока в дивергентной части.

Какова будет картина распределения скоростей потока для безотрывного истечения? Какое сопло эффективнее - с отрывом потока или без оного? Чем была вызвана необходимость считать пример сопла именно с отрывом потока (перерасширенного?) - из обсуждения в "Кто чем рисует" я этого так и не понял.

> а есть у кого нить информация по градиенту температуры в сопле, интересует как распределяется тепло в дивергентной его части

Температура в сужающейся части резко снижается примерно на треть к критике. От критики температура снижается, примерно асимптотически приближаясь к минимальной температуре, определяемой степенью расширения.

Тепловой поток от ПС в стенку максимален в критическом сечении. К срезу сопла падает до сравнительно низких значений. К началу сужающейся части падает, но не так сильно как к срезу сопла.


То есть до максимальной температуры прогреется материал, расположеный до начала сужающейся части сопла. Критическое сечение прогреется за минимальное время.
Характерно то, что стенка будет прогреваться не до величины термодинамической температуры в данном сечении сопла, а до определенной доли от температуры торможения.

> Температура в сужающейся части резко снижается примерно на треть к критике.

Кто чем рисует?(SpaceCAD и другие)

Тут расхождение, однако. Визатор одно показывает, а дядя Би другое. Надо бы к консенсусу как-то прийти.

Был бы очень благодарен информированным участникам за ответы на мои вопросы по поводу отрыва потока (см. выше).

Термодинамическая температура продуктов сгорания по длине сопла от входа до выхода снижается. Максимальный градиент температуры - в критическом сечении.
Теплопоток в стенку максимален в критике.
Это теория, это описано в учебниках и лекциях...

Что касается проверки программными средствами - я относился бы к этому очень осторожно. Я сам много развлекался с FloWorks, в том числе моделировал классическое сопло Лаваля... Результат походил на правду, но только качественно, и то довольно условно. В частности там присутствовали такие аномалии как расположение критического сечения за геометрической критикой (ну, это еще можно объяснить - оно и в действительности так), градиент давления и скорости по радиусу в закритической части сопла...

Что касается вопроса с отрывом... конечно, безотрывное сопло практически всегда предпочтительнее. Отрыв потока свидетельствует о нерасчетном режиме работы сопла. Нерасчетный режим всегда менее выгоден. Кроме того, отрыв потока, особенно в соплах с малым углом раствора, может привести к появлению бокового усилия (при отрыве потока не по линии лежащей в перпендикулярной оси сопла плоскости).
Какая там будет картинка... Ну, могу вырезать кусок из лекция или из книги показать...

Если нельзя на пальцах, то лучше не надо - просто ни к чему. ПХА-каучук, например, выдает прекрасные Mach Diamonds безо всяких Лавалей, с обычной плоской шайбой. А не хватает импульса - добавьте топлива и не морочьте себе голову с вытачиванием дорогостоящих сопловых блоков. В том случае, понятно, если в космос не собираетесь.

> Термодинамическая температура продуктов сгорания по длине сопла от входа до выхода снижается.

Тем более, что данное теоретическое положение полностью подтверждается диаграммой, если не принимать во внимание температурную аномалию в зоне отрыва потока.

сделал сегодня сопло Лаваля
критическое сечение-керамика
внутренная стенка дивергентной части-жестянка(от консервной банки)
снаружи залито эпоксидкой с графитом, чтобы приклеить жестянку к керамике

дня через 4-5 испытаю

Мой прогноз
1) Температуры не должно хватить на отклеивание жестянки от эпоксидки
2) В месте скрепления керамики и жестянки образуется щель через которую прогорит сопло

> ...ПХА-каучук, например, выдает прекрасные Mach Diamonds безо всяких Лавалей, с обычной плоской шайбой...
Это что, критерий того, что сопло нормально работает? Наличие Мach Diamonds напротив, говорит о наличии за соплом системы косых скачков, что, в свою очередь, говорит, о том, что давление окружающей среды превышает давление в истекающей струе, что является прямым доказательством наличествующего перерасширения, что и не удивительно для случая "плоской шайбы". Раз перерасширение - значит потеря КПД, лишнее топливо возим. Причём с плоской шайбой и перерасширение - то ещё, одна пародия. Вот если б именно профилированное сопло сильный перебор имело по перерасширению, то и Мach Diamonds мы не увидели бы, вместо системы косых скачков образовался бы один, мощный, "прямой", он ушёл бы внутрь сопла, распространяясь прямо против сверхзвукового потока. Вот ещё пример - высотные сопла явно перерасширены для условий небольших высот, а с её набором для них наступают расчётные режимы.
Так что - по вопросу "Делать или не делать сопло" - получается:
- брать силой, не думая
или
- с шоколадкой, шампанским и предварительными ласками.
В "Аэродинамике", что я выкладывал, пункт "Механические свойства воздуха" - по прочтении одной странички все вопросы отпадают.

именно.

Не, с этими бочками как-то посложнее...
Кажется, они появляются скорее при недорасширении, но утверждать не берусь - надо теорию поднять.

Я читал, что бочки возникают из-за образования ударной волны при контакте сверхзвуковой струи с окружающим воздухом. Волна как бы отражается от воздуха и направляется к центру струи, там получается уплотнение и повышенная температура, от этого свечение. От этого уплотнения волна уходит наружу струи, опять отражается, получается следующее уплотнение. И так далее, пока струя не затормозится ниже скорости звука. Чем выше начальная скорость, тем дольше тормозится и тем больше бочек.

Не помню был ли этот линк на форуме Основы теории тепловых ракетных двигателей
"А.А.Дорофеев
Основы теории тепловых ракетных двигателей
(Общая теория ракетных двигателей)" В rar-е два мультика работы сопла и содержание книги.Единственное неудобство - книга в htm формате,приходится скачивать каждую страничку отдельно или использовать качалку сайтов.

В своё время я получал представление о скачках уплотнения в сверхзвуковой струе на лабораторных работах.
Особенно впечатлило занятие, когда в аудитории запускали установку: баллон со сжатым воздухом стравливали через сопло Лаваля, а в сверхзвуковую струю подставляли различные тела и зону их обтекания со скачками уплотнения просвечивали мощной проекционной системой. При этом уплотнения воздушной среды в скачках работали как рассеивающие оптические элементы, и на проэкционном экране можно было наблюдать realtime картину происходящего; на разных скоростях замерялись углы скачков, на основе измерений выполнялась расчётная часть лаборатной работы.
Чудодействие было чрезвычайно громким и впечатлительным; входящие в аудиторию курсанты перед занятием были скучны и рассеяны, а выходя после выглядели так, будто заглянули в ящик Пандоры, молча курили на ступеньках, а младшие курсы, проходя мимо, смотрели на них с завистью и благоговейным почтением.

В случае раскалённой струи подсвечивать, конечно, ничего не надо - при наличии, бочки видны и сами(от сильной ионизации, думаю). Картина наступления их видимости выглядит следующим образом:
- недорасширение: давление истекающей струи больше, чем в окружающей среде, последняя не препятствует истеканию, не создавая скачка уплотнения при столкновении струи со средой. Нет скачков - нет бочек.
- оптимальное расширение: оптимальное соотношение
- самую малость перерасширенное сопло: давление среды чуть-чуть больше, чем в истекающей струе, образуются множественные косые скачки небольшой мощности(параметры потока в каждом меняются незначительно) - наблюдаем множество бочек малой интенсивности.
- перерасширенное сопло: бла бла бла - бочек меньше, интенсивность их выше.
- сильное перерасширение: косые скачки сменились одним прямым, вероятно, севшим на стенки сопла. Бочек нет.
Таким образом, увеличение количества бочек будет соответствовать приближению к оптимальному истечению, шагая "со стороны" перерасширения, чему и радуются "профессиональные ракетчики".

С перерасширением за плоской шайбой - это я описывал происходящее в конкретном приведённом Non-conformist`ом примере, где он писал о получении бочек за плоской шайбой.
Вообще, думаю, что плоский торец двигателя тоже участвует в формировании зоны истечения струи, если края сверхзвукового канала не отстоят от торца двигателя на определённом расстоянии(когда можно говорить о явном недорасширении). Вероятно, что такое суррогатное сопло при разных скоростях и прочих условиях может проявлять себя в обоих ипостасях.

Атмосфера, всё-таки насчёт сопла-шайбы непонятно.
Вот посмотри эти тесты:



Образец 249 в тестовом двигателе. Видео:
http://airbase.ru/users/serge77/ap-endburn3/249-1-54.avi

Давление в двигателе в ходе горения изменяется из-за образования конуса в топливе. Изменяется и вид факела. Как можешь объяснить появление и исчезновение бочек?

И есть ли "распальцовка" по правильному лавалю, без сложных формул? Как рассчитать правильное расширение, опираясь, в частности, на данные, полученные со стенда?

> Это что, критерий того, что сопло нормально работает?

Я хотел сказать, что НОРМАЛЬНОЕ ТОПЛИВО обеспечивает сверхзвуковое истечение ДАЖЕ с плоской шайбой. Т.е. имхо лучше деньги, время и силы на такое нормальное топливо потратить, чем с "шоколадками и шампанским" по токарям ходить.

Non-conformist
в ESRM вычисляется оптимальная степень расширения и выводится число маха в таком сопле
одно добавление такого "конуса" дало 20 единиц к импульсу и тяге (теоритически конечно)

> в ESRM вычисляется оптимальная степень расширения и выводится число маха в таком сопле

Спасибо, будем знать.


> одно добавление такого "конуса" дало 20 единиц к импульсу

К импульсу какой величины? Сколько процентов прироста импульса дает лаваль?

В конце статьи довольно доходчиво описаны три режима истечения газов: недорасширение, оптимальный и перерасширение.

Не могу про бочки атмосферное кино посмотреть, к сожалению. Гружу апельсины.

Согласно википедической статье, режим перерасширения наступает тогда, когда степень расширения сопла (площадь основания конуса делить на площадь критики) берется МЕНЬШЕ оптимальной. Т.е. предельный случай (вырождение) - это шайба.