Как рассчитывается форма закритической части сопла с внешним подводом вещества

Сопло Лаваля, точка перегиба, закритическое сечение сопла
 
RU Памятливый45 #01.07.2017 22:16
+
-
edit
 

Памятливый45

злопамятливый
☆★★★
В ракетостроении иногда используют подачу внешнего вещества в ЖРД.
Когда помимо горючего и окислителя подают продукты сгорания газотурбинного агрегата в камеру сгорания это вопросов у меня не вызывает. Всё перемешивается в камере сгорания и горючее, и окислитель, и ранее прореагировавшие продукты неполного сгорания горючего и окислителя.
Существует наука, которая позволяет определить длину цилиндрической части камеры сгорания, достаточную, чтобы все перемешалось и все молекулы прореагировали.
По завершении цилиндрической части камеры сгорания начинается сопло, изобретенное , или просто рассчитанное Ла-Валем.
Напомню, тем, кто забыл, что сопло Ла-Валя состоит из трёх частей:
- сужающейся - дозвуковой части, в ней продукты сгорания двигаясь по сужающемуся каналу ускоряются вплоть до скорости звука в продуктах сгорания;
- критической части в которой скорость достигает звуковой скорости.
- расширяющейся - сверхзвуковой части, в которой подчиняясь уже законам для сверхзвукового движения газа газ продолжает ускоряться двигаясь в расширяющемся канале.

Чтобы ничего не забыть процитирую Википедию
"При анализе течения газа в сопле Лаваля принимаются следующие допущения:
- Газ считается идеальным.
- Газовый поток является изоэнтропным (то есть имеет постоянную энтропию, силы трения и диссипативные потери не учитываются) и адиабатическим (то есть теплота не подводится и не отводится).
- Газовое течение является стационарным и одномерным, то есть в любой фиксированной точке сопла все параметры потока постоянны во времени и меняются только вдоль оси сопла, причём во всех точках выбранного поперечного сечения параметры потока одинаковы, а вектор скорости газа всюду параллелен оси симметрии сопла.
- Массовый расход газа одинаков во всех поперечных сечениях потока.
- Влияние всех внешних сил и полей (в том числе гравитационного) пренебрежимо мало.
- Ось симметрии сопла является пространственной координатой x."

Далее во всех статьях про сопло Лаваля приводятся расчеты и графики изменения скорости продуктов сгорания и графики изменения диаметра (площади сечения) канала, по которому движутся продукты сгорания.
И обращу внимание, что со времен 19-го века все инженеры, применяющие сопло Лаваля стремятся обеспечить плавность линий всех упомянутых графиков.

Что же происходит с ЖРД когда в него подают компонент уже в закритическую (расширяющуюся) часть сопла.

Например как показано на фотографиях макетов:

Я вижу на приведенных макетах, что сопла ЖРД абсолютно гладкие и в сечении подвода внешнего газа не содержат никаких видимых геометрических перегибов.

Но так не может быть, ведь нарушено одно из допущений расчета сопла Лаваля:

" - Массовый расход газа одинаков во всех поперечных сечениях потока."

Полагаю, что в том сечении сопла, в которое опоясывающие его трубы, должна измениться геометрия и возникнуть искривление. Полагаю, что за сечением, в которое подают заметные по диаметру колцевой трубы объёмы газа, должно быть и заметное глазом увеличение расширения сопла от классической формы, рассчитанной для "чистого" сопла Лаваля. Точка перегиба второго рода.

Прошу кратко пояснить феномен приложенных фотографий Ф-1 и Мерлин.

PS. Я в своей манере в полемику не вступаю, анализ сообщений провожу редактируя это сообщение.
 11.011.0
HK Xan #02.07.2017 06:02  @Памятливый45#01.07.2017 22:16
+
-
edit
 

Xan

координатор

Памятливый45> Полагаю, что за сечением, в которое подают заметные по диаметру колцевой трубы объёмы газа, должно быть и заметное глазом увеличение расширения сопла от классической формы

Арифметику в первом классе проходят.
Посмотри на сечение сопла в месте подвода.
Посмотри на сечение подводящей трубы.
Сложи площади, посмотри, на сколько должен увеличиться диаметр сопла.
Подумай, возможно ли это увидеть на фотографиях.
 54.054.0
RU Памятливый45 #02.07.2017 10:08  @Xan#02.07.2017 06:02
+
-1
-
edit
 

Памятливый45

злопамятливый
☆★★★
Xan> Арифметику в первом классе проходят.
Геометрию в 4-м. Начертательную геометрию, чтобы понять "точка перегиба второго рода" на первом курсе.
Xan> Посмотри на сечение сопла в месте подвода.
Полагаю, вы хотели сказать: "Посмотри на площадь сечения сопла"?

Xan> Посмотри на сечение подводящей трубы.

Полагаю, вы хотели сказать: "Посмотри на площадь сечения подводящей трубы"?

Xan> Сложи площади, посмотри, на сколько должен увеличиться диаметр сопла.

Полагаю, вы хотели сказать: "Сравни площади , посмотри , на сколько должен увеличиться диаметр сопла"?

Ну с сантиметром полазить по макетам двигателей мне никто не даст поэтому на глазок полагаю, что 1-5% сопло должно увеличить свою площадь.

Но зачем же нам полагаться на любимый Хан сантиметр.
В сантиметрах естественно мерять штаны перед покупкой.

Давайте почитаем лучше Шунейко

Производительность насоса горючего 900 кг/с
Производительность насоса окислителя 1800 кг/с
Производительность газогенератора турбонасосного агрегата я возьму

Ракетный двигатель F-1 - Факты программы «Аполлон»

ГлавнаяЦель сайтаСсылки на источникиЧаВо (FAQ)Новости ЛунаПрограмма «Аполлон» «Лунный заговор» ФорумСправкаСтать участникомУчастникиПригласитьПоследние измененияВсе статьиТэги Site Manager edit this panel Двигатель F-1 — американский жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), устанавливавшийся на первой ступени ракеты-носителя (РН) «Сатурн-5», отправлявшей к Луне корабли «Аполлон» и «лунные модули». Также устанавливался на первой ступени в единственном полете ракеты «Сатурн ИНТ-21». В качестве топлива использует керосин (горючее) и жидкий кислород (окислитель). //  Дальше — apollofacts.wikidot.com
 

Итого 77 кг/с
Итого 2,93557%


Xan> Подумай, возможно ли это увидеть на фотографиях.

Если захотеть неувидеть изменение площади сопла на срезе, то конечно можно,
Но не увидеть на фотографии зубец увеличения диаметра сопла в сечении присоединения труб в размере 1,45% , то это надо постараться.
 11.011.0
KZ Xan #02.07.2017 11:54  @Памятливый45#02.07.2017 10:08
+
-
edit
 

Xan

координатор

Памятливый45> Полагаю,

Правильно полагаешь. Очевидное.

Памятливый45> Но не увидеть на фотографии зубец увеличения диаметра сопла в сечении присоединения труб в размере 1,45% , то это надо постараться.

Ну и как разглядеть увеличение диаметра на пару пикселов?
Особенно, если там труба всё самое интересное загораживает?
Ясновидением?

Покажи.
 54.054.0
RU Памятливый45 #02.07.2017 14:09  @Xan#02.07.2017 11:54
+
-
edit
 

Памятливый45

злопамятливый
☆★★★
Xan> Ну и как разглядеть увеличение диаметра на пару пикселов?


Может быть существуют фотографии ЖРД с подачей охлаждения в закритическую часть сопла с размерностью больше чем 150 пикселей?

Пропустили ли первые отделы в Интернет такие фотографии?


Ну а если нет.
То прошу высказаться, действительно ли в сечении ввода газа в закритическую часть сопла ЖРД следует ожидать увеличения диаметра сопла на объем дополнительно поданного газа?
 11.011.0
RU Sandro #02.07.2017 17:54  @Памятливый45#02.07.2017 10:08
+
-
edit
 

Sandro
AXT

инженер вольнодумец
★☆
Памятливый45> Но не увидеть на фотографии зубец увеличения диаметра сопла в сечении присоединения труб в размере 1,45% , то это надо постараться.

А почему сразу зубец? Зубец — это плохо, это обтекание с отрывом потока, газодинамические потери в сопле. Лучше уж инжектировать прямо так, поток подожмётся, это же газ. Ну надо будет чуть подлиннее сопло, так это не проблема.
... так пускай наступает на нас холодным рассветом новый день ...  37.037.0
RU Памятливый45 #02.07.2017 19:57  @Sandro#02.07.2017 17:54
+
-2
-
edit
 

Памятливый45

злопамятливый
☆★★★
Sandro> Лучше уж инжектировать прямо так, поток подожмётся, это же газ. Ну надо будет чуть подлиннее сопло, так это не проблема.
Ничего если за критическим сечением появляется преграда?

Насколько я помню по зарубежным источникам для останова РДТТ МХ и МИнитмэн в их камерах сгорания открывались пробки (вышибались). Создавалось отверстие площадью в 1-2% площади критического сечения сопла.
Давление в КС падало.
Скачек уплотнения выходил в расширяющуюся часть сопла. Скорость в критике падала ниже звуковой и в расширяющейся части сопла дозвуковой поток уже не разгонялся, а тормозился.
Тяга отсекалась. Моментально.
Поэтому Термодинамик (Покойный Шкарбан) учил, что показатели должны изменяться плавно.
К сожалению переходным процессам и глубокому дросселированию я не уделял достаточное внимание.
 11.011.0
RU Бывший генералиссимус #02.07.2017 22:19  @Памятливый45#02.07.2017 19:57
+
-
edit
 
Sandro>> Лучше уж инжектировать прямо так, поток подожмётся, это же газ. Ну надо будет чуть подлиннее сопло, так это не проблема.
Памятливый45> Ничего если за критическим сечением появляется преграда?

Возмущения не распространяются против сверхзвукового потока. У Блэк Найт, предшественника Блэк Эрроу, была ступенька в расходящейся части сопла. В первой версии движка, Mk.201.

Памятливый45> Насколько я помню по зарубежным источникам для останова РДТТ МХ и МИнитмэн в их камерах сгорания открывались пробки (вышибались). Создавалось отверстие площадью в 1-2% площади критического сечения сопла.

Не в 1-2%, а в 1-2 раза (100%-200%, есличо)

Памятливый45> Давление в КС падало.
Памятливый45> Скачек уплотнения выходил в расширяющуюся часть сопла. Скорость в критике падала ниже звуковой и в расширяющейся части сопла дозвуковой поток уже не разгонялся, а тормозился.
Памятливый45> Тяга отсекалась. Моментально.

Только не так.
 59.0.3071.11559.0.3071.115
AD Реклама Google — средство выживания форумов :)
RU Дем #05.08.2017 15:46  @Памятливый45#01.07.2017 22:16
+
-
edit
 

Дем
Dem_anywhere

аксакал
★☆
Памятливый45> Но так не может быть, ведь нарушено одно из допущений расчета сопла Лаваля:
Памятливый45> " - Массовый расход газа одинаков во всех поперечных сечениях потока."
Ну сильно подозреваю, что рассчитать можно и любые другие варианты, просто оно сложнее.
Но надо ещё понимать, что инжектированный газ ещё и скорость имеет околонулевую, поэтому с точки зрения потока он стенка.
Ну и вопрос технолологический - гладкое сопло изготовить проще.
 54.054.0

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru