Дослідження надзвукового потоку в укорочених соплах ракетних двигунів із дзвоноподібним насадком

Прядко, НС, Стрельников, ГО, Тернова, КВ
Косм. наука технол. 2024, 30 ;(1):03-13
https://doi.org/10.15407/knit2024.01.003
Мова публікації: Англійська
Анотація: 
Розглядається течія в укороченому соплі з дзвоноподібним насадком. Проведено порівняння хвильових структур надзвукового потоку газу в укорочених соплах з коротким і довгим насадками, утвореними стисненням і розтягуванням вихідного дзвоноподібного насадка для з’єднання, відповідно, з довгою та короткою конічною частиною базового сопла при однаковій довжині сопла. В умовах роботи на рівні моря та малому тиску на вході в сопло (Р0 < 50·105 Па) в обох насадках спостерігається великомасштабна вихрова структура, що починається від кутової точки входу в насадок. У довгому насадку, крім цього, спостерігається дрібномасштабний вихор на стінці біля його зрізу. У потоці в обох насадках формується бочкоподібна хвильова структура висячих стрибків із замикаючим диском Маха, усередині якої спостерігається «сідлоподібна» хвильова структура малої інтенсивності. При відривній течії в насадку (при Р0 < 50·105 Па і Рн = 1·105 Па) тиск на стінці в зоні відриву дещо нижчий (на 5...10 %) зовнішнього тиску Рн.
       При роботі двигуна у верхніх шарах атмосфери статичний тиск на зрізі обох насадків пропорційний до тиску на вході в сопло. У поперечному перерізі, починаючи від осі сопла до 0.89R/Ra (відношення поточного значення радіусу R до радіуса стінки насадка на виході Rа) тиск зменшується до значення, пропорційного тиску на вході в сопло. Потім він лінійно збільшується до значення тиску на стінці насадка, який пропорційний тиску на вході в сопло. Це пов’язано з хвильовою структурою потоку всередині насадка. Встановлено, що із зменшенням довжини конічної частини сопла коефіцієнт імпульсу сопла зменшується суттєво при роботі на рівні моря та незначно зменшується при роботі у верхніх шарах атмосфери. Результати розрахунків задовільно корелюють з результатами експериментальних досліджень течій у вкорочених соплах із дзвоноподібним насадком.
Ключові слова: імпульс, надзвуковий потік, насадок, тиск, укорочене сопло, хвильова структура