【航空航天】气体动力学基础CHAPTER7（共50页）.ppt

基本方程组 截面积变化对气流参数的影响 §7.2　收缩喷管 发动机尾喷管出口的射流流动 喷管的用途 喷管是各工业技术领域中用以产生高速气流的主要装置，是航空航天飞行器动力装置及有关实验设备(校准风洞和叶栅风洞等），生产装置中的重要部件。 两种喷管 收缩喷管的流道截面积是逐渐缩小的，在喷管进出口压强差的作用下，高温气体的内能转变成动能，产生很大的推力。气流速度达到音速后便不能再增大了。 拉伐尔喷管即是缩放式喷管，其流道先缩小再扩大，允许气流在喉道处达到音速后进一步加速成超音速流。 喷管流动中的常见现象 本节的主要内容 收缩喷管流动参数计算及临界压强比 收缩喷管的三种流动状态 壅塞状态 收缩喷管设计 一．喷管出口参数及临界压强比 1.出口截面参数计算 以注脚o和e分别表示喷管出口和进口截面上的气流参数，则由绝能流动的能量方程 出口马赫数及其他参数 ： ２．临界压强比 定义：喷管出口马赫数等于1时的压强比为临界压强比，用 表示 二、收缩喷管的三种流态 亚临界流态 特点： 判别： 临界流动　 特点： 判别： 临界与超临界 临界流动　特点 　　　　　　判别 超临界　　特点 　　　　　　判别 收缩喷管的流动规律 收缩喷管中气体流动状态完全是由反压比 确定的，对于给定的喷管，流量和流速随反压比的降低而增大，但当流速到达音速后，即使反压比再大，气流仍是声速流，流量也不再增大。 喷管流态小结 总之，收缩喷管的流动状态及特点是： 当　　　　　 时 ，亚临界，完全膨胀； 　　　　　　　　　　　　 当　　　　　 时， 临界，完全膨胀； 　　　　　　　　　　　　 当　　　　　 时，超临界，未完全膨胀。 　　　　　　　　　　 三.收缩喷管的壅塞状态 在临界和超临界态，　　　，　　　　 ， 降低，不能使　 继续增大，也不能使喷管流量继续增加，定义：　　　　 ，　　　　 的流动状态为壅塞状态。一旦喷管处于壅塞状态， 便不再能影响喷管内的流动。而且，无论改变　 或改变进口气流的总压、总温，都不能使喷管中任一截面上的无量纲参数（马赫数、压强比和温度比等）发生变化． 壅塞状态参数的变化 四．收缩喷管设计 §7.3拉法尔喷管 1 等熵面积比公式 2.流动状态及分析 拉伐尔喷管中管内激波形成的状态 拉法尔喷管出口的膨胀波、激波及波的发展 拉伐尔喷管的流动分析及流动状态总结 一．几何参数给定，何种因素影响拉伐尔喷管的流态． 　　　给定，反压　 变化 　　　　给定， 变化　思考？ 　　给定，　　同时变化 　　显然用　　 与三个特定压强比较，确定流态． 二．回忆收缩喷管，拉伐尔喷管流动状态． 　　　 Ⅰ区 　　　　管外有膨胀波,未完全膨胀; 　　　　　完全膨胀（设计状态）. Ⅱ区 　　　管外有激波，过渡膨胀状态; 　　　　　　正激波位于喷管出口. Ⅲ区 　　　管内有激波. 　　　　　　　　　除喉部外，全为亚声速流动. Ⅳ区 　　　　　　全为亚声速流动． 三．三个特定压强比 　 　　　 　　　 与面积比有关，由　　　　 确定,查正激波表　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 变量 可由变量 表示为如下式 ↑ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ 等截面摩擦管流中各参数沿管长方向的变化 由以上分析可见，单纯的摩擦不能使亚声速气流转变为超 声速气流，也不可能使超声速气流连续地转变为亚声速气流。 二、摩擦管流的计算 实际管长与最大管长示意图 改写为速度系数的形式，则有 积分上式得 于是对1、2截面有： 温度比 密度比与速度比 压强比 冲量比 总压比 熵 增 三、摩擦壅塞 对于给定的进口速度系数 ，若实际管长超过其对应的最大管长，即使出口反压足够低，以流入管道的流量也无法从出口排出，流动将出现壅塞现象。壅塞将使气流的压强升高，对流动形成扰动。 对于亚声速气流，压强升高的这一扰动将会逆流传播，扰动一直影响到管道进口，使进口产生溢流。而且通过管道的流量减小，流速降低。对应的最大管长加长，临界截面后移，直到气流能够从出口通过。此时出口截面上的速度系数为1。 对于超声速气流，压强升高的扰动将会在气流中产生激波。当管长超过最大管长不多时，激波位于管内，这时进口的速度