Pull to refresh

Comments 21

Зачем тогда другие три сопла? Чем остальные лучше/хуже?
Скорее всего, они датированы тем временем, когда сопла считали без машин, и оптимальный профиль был неизвестен, и прикидывался вручную. Даже сопло Лаваля на картинке не очень-то соответствует «оптимальному профилю», выданному расчетной программой. А почему известным стало именно оно — надо покопаться в истории развития реактивных двигателей.
Другие два (сопло Лаваля посчитано, остальные только на картинках) «менее оптимальны». Именно Лаваль обосновал форму криволинейной сверхзвуковой части сопла минимальной длины.
Однако случается, что плюсы простоты изготовления перевешивают минусы лишней длины, и применяют сопла с менее сложной формой.

Вообще учебник Дорофеева был когда-то в онлайне (сейчас можно найти в webarchive), в главе 28 расписано, как много вариантов построения формы можно использовать в реальной жизни.

Расчетов — их много разных. Скажем, тягу можно в первом приближении оценить как (давление в камере) * (площадь критического сечения), и совсем не сильно ошибетесь. То есть, не то что материал, а и само наличие сопла можно не учитывать — смотря что вы хотите получить.


В целом — конечно материал учитывается, например, теплоотвод через стенки зависит от их материала.

Небольшое замечание по оформлению графиков. В подписях к осям не очень красиво выглядит запись xi. Pyplot из Matplotlob умеет использовать синтаксис латеха для оформления текста на графиках. Для этого достаточно заключить такой текст в пару $ ваш текст $.
Пример для подтверждения
image
Исходный код
from matplotlib import pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 10, 50)
y = np.sin(x)

plt.xlabel("$x_i$ - координата вдоль оси")
plt.ylabel("$\lambda(x_i)$ - какая-то функция, $^\circ C$")

plt.plot(x, y)


Красиво. Изящно. У меня диплом в 80 году был, тогда на Фортране-Д и на БЭСМ-6 считалось что-то около 15 минут собственно для газодинамики «течения релаксирующей смеси газа в сверхзвуковом сопле». Правда, оно было криволинейно, но преобразование координат много времени не занимало и тогда уже)

Смотрю на картинку в начале, симметричные две воронки, соединённые узким горлышком, входит поток на дозвуковой скорости, выходит на сверхзвуковой. Вспоминаю картинку с трубой, где сечение постоянно меняется, иллюстрация к закону Бернулли. И не стыкуется. Там как меняется сечение, так меняется скорость, изменилось сечение обратно — скорость тоже стала прежней. Почему в сопле не так? Я не про формулы, а "простыми словами" если суть?

Для дозвука — уменьшаем сечение -> увеличивается скорость (упомянутый вами закон). Для сверхзвука — при увеличении сечения скорость падает. Для разгона нужно сечение увеличивать.
Итого сужаем канал пока скорость не станет равной скорости звука, после этого момента начинаем расширять.
Сами эти факты выводятся из сжимаемого уравнения Эйлера и уравнения состояния идеального газа.
А финальная цель ускорения струи какова? Ведь «толкающая сила» не может от этого поменяться. Как ни манипулируй со струями, их скоростями, закон сохранения же работает, дополнительной энергии просто неоткуда взяться, ракета летит ровно настолько, сколько энергии высвобождается при горении топлива за единицу времени.

В данном случае работает закон сохранения импульса.
Чем быстрее, тем эффективнее двигатель.

Цель перевести тепловую энергию в кинетическую. Как было замечено, для тяги важен импульс газа. А сопле газ остывает, набирая скорость.

А финальная цель ускорения струи какова?

Увеличение удельного импульса. Ради него весь двигатель. Больше УИ — больше конечная скорость.
А удельный импульс примерно равен скорости истечения (в идеальных условиях был бы тождественно равен, но мир не идеален).
Спасибо, уже понял, да. Мне изначально показалось странным, как манипуляции со струёй могут придать ракете большую скорость, ведь энергии больше от этого не появится, и как выше отметили вся соль в переводе тепловой энергии в кинетическую (т.е. сумма та же, закон сохранения не нарушается). Очень не хватает вот этой простой и ключевой мысли в самом начале статьи, т.к. сразу «идем по дрова», без аннотации «зачем это».
(ответ к комментарию выше, промахнулся)
Закон Бернулли требует стационарного потока идеальной (без внутреннего трения) несжимаемой жидкости или ламинарный поток газа.
Турбулентный поток в экстремальных условиях давления, а так же меняющейся температуры по мере движения по соплу и не должен стыковаться с Бернулли

Учета сжимаемости достаточно для понимания общей идеи сопла.

Ностальгия. Расчеты на МК-85 согласно методичкам МАИ…
Ни разу не специалист по ракетным соплам. Но возникло сомнение, так что прочитал указанный параграф, и пришел к выводу что правильно засомневался.

Если давление, достигаемое в критическом сечении, превышает наружное давление, то поток на выходе из сопла будет сверхзвуковым. В противном случае он остается дозвуковым. [2]

— условие сверхзвукового истечения.


Здесь у Вас ошибка. Если внимательно прочитать тот абзац из Ландавшица на который вы ссылаетесь, то там указано что:
*) если на входе в сопло есть исходное давление P0 (то бишь давление в камере сгорания) то давление в самом узком месте будет определяться сугубо характеристиками самого газа и этим исходным давлением P0. В частности для воздуха там же указано что это будет в районе 0.53*P0. И это давление очевидно может быть как и больше забортного, так и меньше — никаких фундаментальных ограничений на это счет нет. Это даже интуитивно понятно — информация (о том каково внешнее забортное давление) не может распространяться против сверхзвукового течения выходной струи (покуда мы говорим о нормальном режиме работы сопла, разумеется). Иначе говоря, газ в камере сгорания ничего не «знает» о внешнем давлении и никак не может этого узнать. Поэтому давление в критическом сечении определяется сугубо исходным давлением в камере сгорания, и характеристиками самого газа.
*) Чуть выше в Ландавшице там же рассматривается другая ситуация — когда нет расширяющейся части. И именно для этой ситуации скорость звука достигается тогда когда давление на выходе сравнивается с внешним либо оказывается больше внешнего. Но это никак не относится к ситуации наличия расширяющейся части.

Если давление в критическом сечении будет меньше забортного, то направление течение газа будет другое.

Sign up to leave a comment.

Articles