Энциклопедия техники - реактивное сопло

выходной канал реактивного двигателя, в котором происходит преобразование потенциальной энергии газа в его кинетическую энергию. Путём регулирования минимальной площади Р. с. F*, достигается высокоэффективная работа расположенных перед ним элементов двигателя (газогенератора, форсажной камеры и др.). Течение в Р. с. должно происходить с минимальными потерями для получения максимальной тяги двигателя. Для достижения высоких лётных характеристик летательного на всех режимах полёта требуется точное согласование внутреннего контура Р. с. с внешними обводами силовой установки. Поэтому необходимо осуществлять не только указанное регулирование F*, но и регулирование площади Fc выходного сечения Р. с.

С помощью Р. с. в ряде случаев управляют значением и направлением вектора тяги (см. Управление вектором тяги), реверсируют тягу (см. Реверсивное устройство) и уменьшают шум выходящей из Р. с. газовой струи. Конструкция Р. с. должна быть работоспособной при высокой температуре, обеспечивать герметичность и иметь малую массу.

Р. с. могут быть разделены на два типа: суживающиеся, в некоторых площадь поперечного сечения по длине уменьшается, и суживающиеся — расширяющиеся (типа Лаваля сопла), в которых площадь поперечного сечения по длине сначала уменьшается, а затем увеличивается. Их также различают по форме проходных сечений: круглые, кольцевые, прямоугольные («плоские») и др. Выбор формы сопла определяется многими факторами, главными из которых являются: рациональная (с наименьшим внешним сопротивлением) компоновка на летательных аппаратах, возможность управления вектором тяги, снижение уровней инфракрасного излучения, шума и т. п. Контуры Р. с. для уменьшения гидравлических потерь стремятся выполнить плавными. В этом случае потери обусловлены в основном трением, и в первом приближении течение газа в Р. с. можно рассматривать изоэнтропическим и одномерным. В Р. с. с большими углами суживающейся и расширяющейся частей, при наличии угловых точек в его контуре, а также в Р. с. неосесимметричной формы течение нельзя считать одномерным. В этом случае возникают также газодинамические потери (например, в скачках уплотнения), определение которых возможно лишь в результате двухи трёхмерных расчётов течения в Р. с.

Истечение из суживающегося—расширяющегося сопла при больших степенях понижения давления

(()с* ((()с* = pо*/pн,

где pо* — полное давление газа перед соплом, pн — давление в окружающей среде) происходит таким образом, что в выходном сечении Р. с. давление pс не связано с давлением в окружающей среде и зависит только от pо*, площади выходного сечения Fc и формы сопла. Различают три режима истечения: расчётный — при pс = pн; перерасширение газа в сопле — при pс < pн; недорасширение — при pс > pн. Так как величина (.)с* с увеличением скорости (Маха числа полета М(()) растёт от 2—3 при М(() = 0 до 20—25 при М(() = 3, то очевидно, что нерегулируемые Р. с. (Fc/F* = const) лишь при одном значении ())с* работают на расчётном режиме. На всех остальных режимах имеются потери тяги, связанные с нерасчётностью истечения.

В большинстве случаев стенки регулируемых Р. с. двигателя выполняются из набора створок, которые имеют прямолинейные образующие — сужающаяся и расширяющаяся части представляют собой усечённые конусы, плавно соединяющиеся в окрестности минимального сечения сопла. В связи с этим, кроме указанных гидравлических и газодинамических потерь тяги, а также потерь из-за нерасчётности истечения возникают потери на непараллельность потока в выходном сечении сопла (потери на рассеивание потока) и потери, связанные с негерметичностью стенок и соединений в конструкции сопла (потери на утечки газа). В лучших образцах регулируемых Р. с. потери на утечки не превышают 0,5%.

Уровни потерь тяги в Р. с. на различных режимах работы двигателя описываются рядом коэффициентов, важнейшими из которых являются коэффициент тяги сопла Р. с. и коэффициент эффективной тяги сопла.

Pид = mcvид

— идеальная тяга сопла; vид — идеальная скорость истечения, соответствующая изоэнтропическому расширению газа от давления pо* до давления pн; mc — масса газа, проходящего через сопло в 1 c, xс — сила внешнего сопротивления сопла (кормовой части силовой установки);

(P) = Pс/Pид. Значения (Pс) для лучших регулируемых сопел равны 0,97—0,98.

Наиболее распространёнными схемами регулируемых Р. с. являются суживающиеся — расширяющиеся с непрерывным контуром и разрывом контура. Прорабатываются конструкции сопел с центр, телом и плоские. Регулирование площади минимального сечения сопла в схеме сопла с центральным телом возможно либо путём осевого перемещения центр, тела, либо путём прикрытия обечайки, для чего конструкция её должна быть створчатой. В плоском Р. с. наиболее просто реализовать отклонение вектора тяги с помощью верхней створки, которая может быть одновременно дефлектором или закрылком крыла, что способствует повышению аэродинамического качества. Масса конструкции сверхзвукового Р. с. с непрерывным контуром составляет примерно 10% массы двигателя. Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия

Главный редактор Г.П. Свищев

1994