От Pokrovsky~stanislav
К Пасечник
Дата 27.12.2006 15:09:03
Рубрики Прочее; Манипуляция;

Re: Все-таки надо...

>Я в это не верю. У меня почему-то в голове застряла схема расширения струи двигателя в вакууме, не то что по продолжению стенок, а с затеканием за край сопла, т.е. в направлении противоположном направлению тяги.

Абсолютно верная схема. А именно: это граница стоячего скачка уплотнения при сверхзвуковом течении . Т.е. он не может прерываться. Он должен начинаться и заканчиваться на твердой поверхности сопла. И, естественно, с небольшим заходом в обратную сторону за плоскость среза сопла.

Поверхность скачка уплотнения газ проходит со скоростью звука, соответствующей параметрам газа в окрестностях соответствующей точки поверхности.
Но...
1) Относительная площадь краев - весьма мала по сравнению с общей площадью вытянутой поверхности скачка уплотнения. при этом львиная доля площади приходится на далеко вытянутую околоосевую часть.
2) При движении струи температуры в центре струи и на ее периферии отличаются в несколько раз. А скорость звука пропорциональна корню квадратному из температуры. Если применять данные по модели лазерного плазмотрона(Ю.Райзер), то характерный перепад температур между центром струи и периферией - что-то масштаба 10-15 тыс. градусов на оси и 3-4 тыс. градусов на периферии. В химическом РД уровень температур заметно ниже, но картина сотношения температур приблизительно аналогична(поскольку близки скорости истечений).
3) Но, кроме температур, от центра к периферии падает и плотность истекающего газа. Для дуговых плазмотронов с истечением плазмы в вакуум на расстояниях масштаба 100 диаметров сопла плотность вещества на расстоянии от оси 1.5 радиуса - меньше чем на оси в 2 раза. У меня по рукой В.А.Барвинок."Управление напряженным состоянием", Москва, Машиностроение, 1990. В ней приведены соответствющие графики.

Таким образом, влияние периферийной части потока - ничтожно.

От Karev1
К Pokrovsky~stanislav (27.12.2006 15:09:03)
Дата 27.12.2006 16:25:10

Re: Все-таки надо...

>>Я в это не верю. У меня почему-то в голове застряла схема расширения струи двигателя в вакууме, не то что по продолжению стенок, а с затеканием за край сопла, т.е. в направлении противоположном направлению тяги.
>
>Абсолютно верная схема. А именно: это граница стоячего скачка уплотнения при сверхзвуковом течении . Т.е. он не может прерываться. Он должен начинаться и заканчиваться на твердой поверхности сопла. И, естественно, с небольшим заходом в обратную сторону за плоскость среза сопла.
Я уже подзабыл аэродинамику, но почему скачек уплотнения не может сидеть на кромке сопла и уходить сразу назад, как на кромке крыла сверхзвукового самолета?
>Поверхность скачка уплотнения газ проходит со скоростью звука, соответствующей параметрам газа в окрестностях соответствующей точки поверхности.
>Но...
>1) Относительная площадь краев - весьма мала по сравнению с общей площадью вытянутой поверхности скачка уплотнения. при этом львиная доля площади приходится на далеко вытянутую околоосевую часть.
>2) При движении струи температуры в центре струи и на ее периферии отличаются в несколько раз. А скорость звука пропорциональна корню квадратному из температуры. Если применять данные по модели лазерного плазмотрона(Ю.Райзер), то характерный перепад температур между центром струи и периферией - что-то масштаба 10-15 тыс. градусов на оси и 3-4 тыс. градусов на периферии. В химическом РД уровень температур заметно ниже, но картина сотношения температур приблизительно аналогична(поскольку близки скорости истечений).
>3) Но, кроме температур, от центра к периферии падает и плотность истекающего газа. Для дуговых плазмотронов с истечением плазмы в вакуум на расстояниях масштаба 100 диаметров сопла плотность вещества на расстоянии от оси 1.5 радиуса - меньше чем на оси в 2 раза. У меня по рукой В.А.Барвинок."Управление напряженным состоянием", Москва, Машиностроение, 1990. В ней приведены соответствющие графики.
Мне кажется, что аналогия с химическим лазером тут не совсем уместна. В РД нет таких температур (10-15 тыс. градусов) и, соответственно, нет таких перепадов температур и плотностей.

От Pokrovsky~stanislav
К Karev1 (27.12.2006 16:25:10)
Дата 27.12.2006 17:38:26

Re: Все-таки надо...


>Мне кажется, что аналогия с химическим лазером тут не совсем уместна. В РД нет таких температур (10-15 тыс. градусов) и, соответственно, нет таких перепадов температур и плотностей.

Немножко уточняю.

Не химический лазер, а ПРОЕКТ лазерного плазматрона. Светит какой-нибудь газовый лазер через выходящую из сопла струю газа, в центре струи в фокусе линзы возникает т.н. оптический пробой. Горение которого поддерживается энергией, поступающей из лазерного пучка.

Теплоотдача из области оптического разряда при указанном уровне температур обеспечивается в основном сильнейшим тепловым излучением. И, только в какой-то части - теплопроводностью через струю. Т.е. с точки зрения теплоизоляции оптический пробой - в худшем положении, чем осевая часть струи из двигателя.

Пусть в истекающей из двигателя струе уровень температур заметно ниже - масштаба 2000-3000 градусов на оси, но ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ(количество раз) перепады температур по радиусу - заметно больше, чем в лазерном плазматроне. Т.е. совершенно нормальным явлением может быть, что периферия струи имеет температуру градусов 200-300 по Цельсию, соответственно по Кельвину 500-600 - в 5-7 раз ниже, чем на оси. И соответственно скорость звука - в 2.3-2.7 раз ниже.

А в принципе сопоставление с плазматронами(обычными - дуговыми) - весьма и весьма корректно. В этом типе плазматрона струя газа разогревается в камере горящей электрической дугой как раз до температур, характерных для реактивных двигателей. И далее - в сопло. Разница - не в пользу плазматронов. Ограничивающим фактором является температурная стойкость сопла. Если плазматрону нужно нарабатывать на одном и том же сопле сотни часов, то у реактивного двигателя РАКЕТ речь идет всего о минутах или даже секундах. После которых сопло имеет право погибнуть. Т.е. РД могут быть более энергонапряженными - и иметь более высокие температуры исходящих газов.
От Pokrovsky~stanislav
К Karev1 (27.12.2006 16:25:10)
Дата 27.12.2006 17:08:04

Re: Все-таки надо...

>Я уже подзабыл аэродинамику, но почему скачек уплотнения не может сидеть на кромке сопла и уходить сразу назад, как на кромке крыла сверхзвукового самолета?

Если говорить точно, то скачок уплотнения возникает чуть-чуть впереди крыла. А там, где крыло кончается, он уходит назад под углом, определяемым скоростью набегающего потока и скоростью звука.

В нашем случае скачок уплотнения просто стоит на месте. То, что он отходит немножко от края сопла имеет совершенно ясный смысл в понятиях молекулярно-кинетических. Молекулы истекающего газа имеют не только скорость в направлении истечения газа, но и скорость теплового хаотического движения, имеющую направление вбок от струи.
Сама струя по отношению к окружающему вакууму, таким образом, является чем-то типа резервуара, из которого газ пытается за счет этой перпендикулярной струе составляющей скорости молекул расширяться. Тот кусочек на краю струи, который находится около среза сопла, - создает свой сферический скачок плотнения. дальше по ходу струи множество таких сферических скачков сливаются в общую поверхность скачка. Но у среза сопла возникает таки маленький участочек, заходящий за плоскость среза сопла. Вот о нем и говорит Пасечник.