способ создания сверхзвукового потока и сопло
Классы МПК: | F15D1/06 воздействием на пограничный слой F15D1/08 вытекающей в виде струй из отверстий |
Патентообладатель(и): | Георгиевский Эдуард Георгиевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-05-15 публикация патента:
20.07.1997 |
Использование: в авиационной и ракетной технике, а также в гидродинамических генераторах. Сущность изобретения: способ создания сверхзвукового потока пропускания рабочей среды через сужающе-расширяющийся канал, например сопло, под воздействием перепада давления в продольном направлении между входом и выходом канала, при котором в расширяющейся части канала посредством продольных углублений, например гофров в стенках канала сопла, формируют поток с добавлением рабочей среды на выходе в части, примыкающей к стенкам канала, в диапазоне, минимальная величина которого равна произведению величин давления окружающей среды и критерия Соммерфильда, а максимальная величина равна давлению в окружающей среде или превышает ее, причем давление в части осевой зоны меньше, чем в части, примыкающей к стенкам, или равна ему. Суммарные продольные и поперечные площади углублений меньше соответствующих площадей канала, расположенных в диапазоне радиусов и длин углублений, причем углубления установлены вдоль канала в части больших и/или быстро изменяющихся углов его расширения. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Способ создания потока путем пропускания рабочей среды через сужающийся, расширяющийся или сужающе-расширяющийся канал под воздействием перепада давления в продольном направлении между его входом и выходом, без отрыва от стенок, отличающийся тем, что в канале формируют поток с давлением рабочей среды на выходе, по крайней мере в части, примыкающей к стенкам канала в диапазоне, минимальная величина которого равна произведению давления окружающей среды и величины, равной 5 100% от значения критерия Соммерфильда. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на выходе в части, примыкающей к стенкам канала, производят полное или частичное торможение поперечного потока и/или расширение продольного потока с меньшей скоростью, чем в части осевой зоны, давление в которой преимущественно меньше, чем в части, примыкающей к стенкам, или равно ему. 3. Сопло, включающее расширяющийся канал, отличающееся тем, что стенки канала выполнены с продольными расширяющимися к выходу углублениями, суммарные продольные и поперечные площади которых меньше соответствующих площадей канала, расположенных в диапазоне радиусов и длин углублений, причем углубления установлены вдоль канала в части углов его расширения, по крайней мере равных или превышающих 30 35o. 4. Сопло по п.3, отличающееся тем, что углубления в попречном направлении выполнены сужающимися, например, в виде гофров, расширяющимися или комбинированными. 5. Сопло по п.3 или 4, отличающееся тем, что минимальный радиус углублений вдоль канала равен или превышает радиус критического сечения, а максимальный радиус углублений вдоль канала равен радиусу канала или меньше его. 6. Сопло по п.3, или 4, или 5, отличающееся тем, что в поперечном сечении канала углубления расположены по периметру равномерно. 7. Сопло по п.3, или 4, или 5, или 6, отличающееся тем, что углубления и переходы к ним выполнены плавными.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к авиационной и ракетной технике, а также к способам создания сверхзвуковых потоков рабочей среды и соплам и может также использоваться в гидродинамических генераторах. Известен способ создания сверхзвукового потока путем пропускания рабочей среды через сужающе-расширяющийся канал под воздействием продольного перепада давления между входом и выходом канала [1]Данный способ осуществляют посредством известного сопла, включающего расширительный канал [1]
В соответствии с известным способом формируют поток рабочей среды в канале, включающем расширяющуюся к выходу часть, при этом поток движется одновременно в двух направлениях (фиг. 1):
в продольном, вдоль канала, со сверхзвуковой скоростью U, через поперечную площадь Sпот.к, которая увеличивается в квадратичной зависимости от радиуса канала Rk;
и в поперечном, относительно оси канала, с дозвуковой скоростью V, через продольную площадь канала Sпр.к, которая увеличивается в линейной зависимости от радиуса канала Rk, при длине канала Lk, являющейся постоянной величиной. По этой причине величина U вдоль расширяющегося канала всегда сверхзвуковая и ускоряется, а величина V всегда дозвуковая, тормозится и поэтому значительно меньше U, т.е. V<U, примерно в 3.5 раз. Величины продольных и поперечных скоростей определяют профиль канала, при условии безотрывного от его стенок течения потока, с малыми полууглами расширения
![способ создания сверхзвукового потока и сопло, патент № 2084711](/images/patents/388/2084004/945.gif)
![способ создания сверхзвукового потока и сопло, патент № 2084711](/images/patents/388/2084711/950.gif)
![способ создания сверхзвукового потока и сопло, патент № 2084711](/images/patents/388/2084711/2084711-2t.gif)
![способ создания сверхзвукового потока и сопло, патент № 2084711](/images/patents/388/2084711/950.gif)
Создание пристенного и осевого зон продольного потока с минимальной величиной давления на выходе канала способствует повышению коэффициента полезного действия КПД сопла, благодаря возможности продольного и/или поперечного расширения и перерасширения потоков, особенно в части осевой зоны для получения максимальной скорости на выходе, а также для получения максимальных углов расширения потока aмакс в начале канала и максимальной величины удельного импульса реактивной силы. Работа сопла с более высокими давлениями на выходе, чем в окружающей среде или наоборот, с превышением давления осевого потока над пристеночным возможна, но в этом случае КПД и соответственно ему другие показатели потока и сопла будут более низкими. Таким образом, формирование потока по предлагаемому способу позволит создать его безотрывное расширение, получить максимальную скорость на выходе и максимальный удельный импульс реактивной силы, а также уменьшить длину расширяющегося канала. Поставленная задача решается также тем, что сопло, включающее расширяющий канал, отличается тем, что стенки вдоль канала, в частности углов расширения, по крайней мере, т.е. как минимум, равных или превышающих 30-50o, а именно в зоне больших и/или быстро изменяющихся углов
![способ создания сверхзвукового потока и сопло, патент № 2084711](/images/patents/388/2084004/945.gif)
![способ создания сверхзвукового потока и сопло, патент № 2084711](/images/patents/388/2084711/2084711-3t.gif)
![способ создания сверхзвукового потока и сопло, патент № 2084711](/images/patents/388/2084711/2084711-4t.gif)
где:
![способ создания сверхзвукового потока и сопло, патент № 2084711](/images/patents/388/2084478/931.gif)
![способ создания сверхзвукового потока и сопло, патент № 2084711](/images/patents/388/2084478/931.gif)
![способ создания сверхзвукового потока и сопло, патент № 2084711](/images/patents/388/2084014/960.gif)
Rк радиус канала, равный Rу;
Lк длина канала, равная
n количество углублений. Кроме того, максимальная величина угла расширения канала aмакс с углублениями (фиг. 1) значительно превышает 30-50o. Кроме того, углубления могут быть выполнены, например, в виде готов. Кроме того, углубления установлены в зоне наиболее вероятного отрыва потока от стенки, т.е. установлены, по крайней мере, в начальной части канала; в зоне больших и быстро изменяющихся углов расширения, равных или превышающих 30-35o. Устанавливать углубления вдоль всей длины расширяющейся части канала можно, но при этом КПД сопла уменьшится из-за возрастающих потерь энергии. Кроме того, минимальный радиус углубления вдоль канала Rу.мин (фиг. 4) равен или превышает радиус критического сечения (фиг. 1), а максимальный радиус углубления Rу.макс (фиг. 3 и 4) вдоль канала равен радиусу канала или меньше его. Кроме того, в поперечном сечении канала углубления расположены по периметру симметрично и/или равномерно. Кроме того, углубления и переходы к ним могут выполняться плавными. На фиг. 1 изображен продольный разрез половины осесимметричного сопла. На фиг. 2 поперечный разрез в критическом сечении на фиг. 1. На фиг. 3 поперечный разрез У-У по углублениям на фиг. 1. На фиг. 4 вид А на фиг. 1. Способ создания сверхзвукового потока может быть осуществлен посредством сопла 1 (фиг. 1) включающего укороченный расширяющийся канала 2, в стенках которого выполнены продольные углубления в виде симметрично расположенных по поперечному периметру сопла 1 готов 3 (фиг. 1, 3, 4). Сопло имеет критическое сечение Sкр (фиг. 2, 1). Углубления в виде гофр 3 (фиг. 1, 3, 4) выполнены таким образом, что их суммарные продольные и поперечные площади изменяются вдоль радиуса Rу (фиг. 3) и длины Lу (фиг. 1) согласно зависимостей меньше линейной и квадратичной, приведенных выше. На фиг. 1 граница внутренней продольной зоны углубления 8 вдоль Lу, на фиг. 3 граница внутренней поперечной зоны углубления 8, показаны пунктирной линией, которая одновременно является границей минимальных радиусов углублений Rу мин. При этом полный максимальный угол
![способ создания сверхзвукового потока и сопло, патент № 2084711](/images/patents/388/2084004/945.gif)
![способ создания сверхзвукового потока и сопло, патент № 2084711](/images/patents/388/2084711/2084711-5t.gif)
Класс F15D1/06 воздействием на пограничный слой
Класс F15D1/08 вытекающей в виде струй из отверстий