4.6.2. Пусковое давление цилиндрического выхлопного диффузора

Исходя из уравнения сохранения полного импульса газового потока в цилиндрическом выхлопном диффузоре достаточной длины {Lid=6...10) имеем

.

Давление в выходном сечении диффузора р_вых равно давлению в среде, в которую происходит истечение из диффузора (<1);например, оно может быть равно атмосферному.

Для оценки приведенной скорости во входном сечении диффузора используется одно из двух уравнений:

;

,

где ир_а — приведенная скорость и давление в выходном сечении сопла испытуемого двигателя.

Рис. 4.13. Высотный стенд:

1 - опора; 2 - датчик осевой тяги; 3 - стальная камера; 4 - бронекожух; 5 -испытуемый двигатель; 6 - выхлопной диффузор; 7 - сопло парового эжектора; 8 - камера смешения эжектора; 9 - холодильник-конденсатор; 10 - холодильник-аккумулятор; 11 - газоход; 12 - отсечный клапан; 13 - откачка конденсата; 14 - конденсат; 15 - вентиляционная труба; 16 - резервуар для хранения воды; 17 - клапаны сброса давления.

Для оценки приведенной скорости в выходном сечении диффузора используется одно из двух уравнений:

;

.

В случае течения газа постоянного состава с неизменной темпера­турой торможения и т_вых=т имеем _вых=_вх и следующую фор­мулу для давления запуска:

.

Так, при к=1,15 F_bx/F30 имеем р_оп/р_вых0,6F_BX/F.

Расход, температура торможения и состав газов изменяются при течении по диффузору в случае впрыска воды в пристеночный слой (с целью создания внутреннего охлаждения). Тогда проводится термодинамический расчет параметров смеси в выходном сечении диф­фузора (рис. 4.14, табл. 4.17). Суммарный эффект заключается в том, что приведенная скорость в выходном сечении увеличива­ется и пусковое давление воз­растает. При некотором значении функция становится равной единице, что означает запира­ние диффузора. Такой режим течения недопустим, и отсюда вытекает ограничение по значению расхода воды в системе внутреннего охлаж­дения.

Рис. 4.14. Параметры равновесной сме­си продуктов сгорания твердого топ­лива и воды

Другие параметры, а именно: угол наклона профиля у выходного среза сопла , зазор между выходным срезом и входом в диффузорF_BX-F_a, число сопел в блоке (форма сечения истекающей струи), угловое отклонение оси сопла от оси диффузора (при F_BX=const), изгиб диффузора, слабо влияют на пусковое давление цилиндрическо­го диффузора длиной L/d 6...10.

Если истечение газов из каждого сопла многосоплового блока происходит в индивидуальный диффузор, то это позволяет: а) сократить длину стенда вследствие уменьшения абсолютной длины диффузора L=(6...10)d_ВХ=(8...12)d_a и б) снизить пусковое давление, так как при этом уменьшается F_BХ/F_a. Там, где это необходимо и возможно, вместо круглого диффузора может быть установлен диффузор с другой формой поперечного сечения или выполненный в виде решетки.

В случае, если при испытании двигателя сопло поворачивается толь­ко в одной плоскости, может оказаться целесообразным увеличение входного сечения диффузора лишь в этой же плоскости.

Таблица 4.17

Параметры смеси продуктов сгорания ТРТ с водой

Рис. 4.15, Изменение давления запуска ци­линдрического диффузора в зависимости от его длины.

Если качание поворотного уст­ройства во время высотного испыта­ния не предполагается, то в таком случае можно к поворотному устрой­ству, закрепленному в отклоненном на угол положении, присоединить выхлопной диффузор. Такой монтаж распространен при агрегатных и модельных испытаниях.

Пристыковка дозвукового диффузора в виде контура с полууглом раствора 5...10° и отношением диаметров около 2 позволяет частично восстановить давление.

Если давление в двигателе заметно больше , то мож­но использовать укороченные диффузоры. Они менее эффективны, чем диффузоры оптимальной длины L/d=8...10, но несколько проще (рис. 4.15).

В подавляющем большинстве случаев (при m_вых=т) отсутствует гистерезис между пусковым и рабочим давлениями цилиндрического диффузора, т.е. срыв работы диффузора происходит при таком же дав­лении в двигателе, как и запуск. Впрочем, иногда наблюдается гистере­зис характеристик цилиндрических диффузоров, укороченных или присоединенных впритык к выходному срезу сопла d_BX=d_a.

Между выходным сечением сопла испытуемого двигателя (сечение а - а) и входом в диффузор (сечение вх — вх, в котором границы струи, истекающей из сопла, присоединяются к стенкам диффузора, площадью F_BX) может по условиям испытаний иметься участок свободной струи длиной, сравнимой с ее диаметром: l=l/d_a. Вследствие турбулентного перемешивания на границе ядра (струи) постоянной массы возникают потери полного давления.

Рассмотрим случай расчетного истечения струи в барокамеру. Для приведенной скорости во входном сечении имеем,

где (табл. 4.18).

По известной приведенной скорости _вх находим:

а) коэффициент восстановления давления торможения

;

б) площадь входа

;

Таблица 4.18

Коэффициент потерь полного давления на начальном участке свободной струи

в) производную для величины, обратной к коэффициенту восстановления давления торможения на участке свободной струи

.

Общий коэффициент восстановления давления торможения рассматриваемой схемы течения участка свободной струи и прямого скачка

.

Относительная величина производной для изменения коэффициента восстановления давления с ростом отрицательна и пропорциональна коэффициенту трения_стр:

.

Давление запуска в этом случае возрастает:

.