Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Совсем бесполезная штуковина

Совсем бесполезная штуковина. Сопло Лаваля на выхлоп

Баловать авто своевременным/упреждающим обслуживанием, полезными штуковинами, безусловно, нужно. Но насколько больше удовольствия получаешь, когда нет обязаловки процесса )).
Как-то год назад глаз скользил по ракетной тематике, зацепил одну из важнейших идей построения ракетного двигателя – сопло Лаваля – газ, проходя через сопло, разменивает тепловую энергию на кинетическую. При правильной конфигурации удалось получить сверхзвуковые скорости вытекания газа. В авто используют тоже 100 лет в карбюраторах для улучшения смесеобразования.
Куда всунуть в современном авто? Ну да – туда ), в конец выхлопной трубы. Что это даст – в продуктах сгорания много воды – при допохлаждении будет быстрей конденсироваться в видимый туман, струя будет более направленной из-за бОльшей скорости выходящего газа. В итоге – красивая визуализация выхлопа ))
Набросал «курлапый» эскиз

Отдал токарям, материал Д16Т вполне подходящий

Из засад – вкладыш оказался длинноват – у нас труба проварена снаружи, но шов довольно сильно выпирает внутрь. Нужно было делать миллиметров на 15 короче. Пришлось брать фановую трубу 40мм, на нее шкурку и – «пилите Шура, пилите», шкрябать нержавейку то еще удовольствие, но что не сделаешь ради красоты )
Были опасения, не будет ли сужение трубы влиять на общее сопротивления выхлопной системы. Понятно, будет, как всегда вопрос количественный. На пальцах – аэродинамическое сопротивление трубы круглого сечения растет линейно от длины и обратно пропорционально 5-й степени от диаметра. 5-я степень пугает, но если сделать оценку – данный вкладыш создаст сопротивление как 30-40 см штатной трубы. У нас ее несколько метров + изгибы + катализатор + сажевик. В общем, бесконечно малая величина на общем фоне.
Вначале покрасил изнутри — кислотный грунт + акриловая краска – через 3 месяца внутри был голый дюраль. Перекрасил высокотемпературной грунтовкой (+350С) для цветмета www.drive2.ru/l/585161463765667994/
и краской Церта (+800С) www.drive2.ru/l/585711494457474487/, пока держится

Что по итогам. Во влажную холодную погоду видно, что струя выхлопа более направленная, насколько больше в ней стало видимого тумана – хз. Минусов не заметил – расход предсказуемо не изменился, звук тоже
Что из практических бонусов – противоугонная составляющая – не на каждом Н9 есть такая штуковина ) Зачем то посадил на герметик, при перекраске хотел извлечь – фиг, сидит мертво. «Особенность» не такая яркая, как аэрография, но тоже в копилку

Что такое сопла ракетного двигателя

  • Фото
  • Видео
  • Ответы
  • Статьи
  • Словарь

Какие металлы используют для изготовления сопла ракетных двигателей? — Добавить тему

Вроде стеклопластик. Ткань с клеем слоями.

а помоему огнестойкую керамику.

Керамика мне кажется тяжелый материал, да и от вибрации может полопаться или треснуть.

Комментарий заблокирован

Ну и до кучи: понятно, что чем больше температура в камере сгорания, тем больше СКОРОСТЬ выхлопа и тяга ракетного двигателя, особенно это важно на старте.
Температура сгорания топлива в кислороде может быть и 10000 гр.С, но самый тугоплавкий металл, вольфрам, плавится при

3420 гр.С, что ставит предел температуре. Поэтому для изготовления камеры сгорания применяется смесь вольфрама и серебра. Серебро ИСПАРЯЕТСЯ при температуре

2860 гр.С и за счёт теплоты испарения не даёт перегреваться вольфраму, который обеспечивает механическую прочность. Конечно такая камера одноразовый вариант, но зато обеспечивает максимально возможную тягу.

Одна надежда на доведение «до ума» детонационной разновидности ЖРД, или ждём пресловутого скачка технологий.

dilettant, пока не уничтожена систему «откатов» и воровства (ведь даже в космической отрасли) до ума довести ничего не удастся. 🙁
(Когда увидел платку из чёрного ящика сбитого СУ, мне поплохело от стыда, даже сейчас передёрнуло.)

У нас на фирме, в 70-е годы, пытались разрабатывать разгонник на фторе. Удельный импульс движка на фторе выше чем на кислороде.
Но больно уж опасная эта штука фтор — в его среде горит всё (или почти все). Баки и трубопроводы изнутри были покрыты свинцом. Для фтора он как алюминий для кислорода — образует прочную оксидную пленку. Но если хоть маленькая брешь в покрытии — кранты.
Проект в итоге закрыли, слишком высокая была аварийность при отработке.

Нужна космическая верфь на орбите Луны или на самой Луне, промпроизводство тоже должно распологаться рядом, там можно строить межпланетные корабли с движками вредными для земной экологии. Придётся правда притаранить туда несколько металлических астероидов, чтоб было из чего строить.
Для каботажного транспорта придётся оставить только «чистые» технологии, никуда не денешься.

dilettant, в Нф-литературе все эти варианты давно детально проработаны — бери не хочу!

Таки я сию идею за собственную и не выдаю, просто лишний раз убеждаюсь, что фантасты правы сто крат.
Чего си. и-то мнём, пора уже начинать, тем более, что «дорожная карта» давно составлена.

«..фантасты правы сто крат..» (с)dilettant
Ну тогда из пушки на Луну, или кейворитом отгородиться и опять на Луну (или на Марс что-ли, забыл) :-))

Для добавления комментария необходимо зарегистрироваться, а затем войти на сайт используя свой логин и пароль.

Если Вы уже зарегистрировались, но забыли пароль — воспользуйтесь нашим разделом восстановления пароля.

5.2. Критическое давление и скорость. Сопло Лаваля

Описание сопла Лаваля:

Сопло Лаваля — газовый канал особого профиля, разгоняющий проходящий по нему газовый поток до сверхзвуковых скоростей. Сопло представляет собой канал, сужающийся в середине. В простейшем случае такое сопло может состоять из пары усечённых конусов, сопряжённых узкими концами.

Феномен ускорения газа до сверхзвуковых скоростей в сопле Лаваля был обнаружен в конце XIX в. экспериментальным путём. Сопло было впервые предложено в 1890 г. шведским изобретателем Густафом де Лавалем для паровых турбин, а потому и названо по имени его изобретателя. Затем в 1913 г. Р. Годдардом подана заявка на изобретение на применение сопла Лаваля в двухступенчатой твердотопливной ракете. В настоящее время сопло Лаваля широко используется на некоторых типах паровых турбин, в ракетных двигателях и сверхзвуковых реактивных авиационных двигателях.

Позже это явление – ускорение газа до сверхзвуковых скоростей нашло теоретическое объяснение в рамках газовой динамики и соответствующих газодинамических расчетов.

кавитирующее сопло

Класс E21B7/18 бурение с помощью струи жидкости или газа с применением или без применения дроби

Класс E21B10/18 характеризующиеся каналами или насадками для бурового раствора

Класс E21B43/114 перфораторы с использованием струи направленного действия, например струйные (гидромониторные) долота

Класс E21C45/00 Способы гидравлической добычи полезных ископаемых; гидромониторы

Атмосферное использование

Оптимальный размер сопла ракетного двигателя для использования в атмосфере достигается, когда выходное давление равно окружающему (атмосферному) давлению, которое уменьшается с увеличением высоты. Для ракет, летящих с Земли на орбиту, простая конструкция сопла оптимальна только на одной высоте, теряя эффективность и тратя топливо на других высотах.

Сразу за горловиной давление газа выше, чем давление окружающей среды, и его необходимо снизить за счет расширения между горловиной и выходом из сопла. Если давление струи, выходящей из среза сопла, все еще выше давления окружающей среды, то сопло считается недорасширенным

; если струя ниже атмосферного давления, то она
чрезмерно расширяется
.

Незначительное перерасширение вызывает небольшое снижение эффективности, но в остальном не приносит большого вреда. Однако, если давление на выходе меньше примерно 40% от давления окружающей среды, происходит «разделение потока». Это может вызвать нестабильность струи, которая может вызвать повреждение форсунки или просто вызвать трудности с управлением автомобилем или двигателем.

В некоторых случаях по соображениям надежности и безопасности желательно зажечь на земле ракетный двигатель, который будет использоваться на всем пути вывода на орбиту. Для оптимальных характеристик взлета давление газов, выходящих из сопла, должно быть на уровне моря, когда ракета находится около уровня моря (при взлете). Однако сопло, предназначенное для работы на уровне моря, быстро теряет эффективность на больших высотах. В многоступенчатой конструкции ракетный двигатель второй ступени предназначен в первую очередь для использования на больших высотах, обеспечивая дополнительную тягу только после того, как двигатель первой ступени совершит начальный отрыв. В этом случае конструкторы обычно выбирают конструкцию с чрезмерно расширенным соплом (на уровне моря) для второй ступени, что делает ее более эффективной на больших высотах, где давление окружающей среды ниже. Это был метод, использованный на сверхрасширенных (на уровне моря) главных двигателях (SSME) космического шаттла , которые большую часть своей траектории двигались в почти вакууме, в то время как два эффективных твердотопливных ракетных ускорителя шаттла обеспечивали большую часть мощности. начальная стартовая тяга.

Использование вакуума

Для форсунок, которые используются в вакууме или на очень большой высоте, невозможно сопоставить давление окружающей среды; скорее, сопла с большей долей площадей обычно более эффективны. Однако очень длинное сопло имеет значительную массу, что само по себе является недостатком. Обычно необходимо подобрать длину, которая оптимизирует общие характеристики автомобиля. Кроме того, когда температура газа в сопле снижается, некоторые компоненты выхлопных газов (например, водяной пар от процесса сгорания) могут конденсироваться или даже замерзать. Это крайне нежелательно, и этого следует избегать.

Аэростатическое противодавление и оптимальное расширение

По мере того, как газ движется вниз по расширяющейся части сопла, давление и температура уменьшаются, а скорость газа увеличивается.

Сверхзвуковой характер выхлопной струи означает, что давление выхлопных газов может значительно отличаться от давления окружающей среды — внешний воздух не может уравновесить давление на входе из-за очень высокой скорости струи. Следовательно, для сверхзвуковых сопел фактически возможно, чтобы давление газа, выходящего из сопла, было значительно ниже или намного выше давления окружающей среды.

Если давление на выходе слишком низкое, струя может отделиться от сопла. Это часто нестабильно, и струя, как правило, вызывает большие отклонения от оси и может механически повредить сопло.

Это разделение обычно происходит, если давление на выходе падает ниже примерно 30–45% от окружающего, но разделение может быть отложено до гораздо более низких давлений, если сопло спроектировано так, чтобы увеличивать давление на ободе, как это достигается с SSME (1–2 psi при окружающем давлении 15 psi).

Кроме того, когда ракетный двигатель запускается или дросселируется, давление в камере меняется, и это обеспечивает разные уровни эффективности. При низком давлении в камере двигатель почти неизбежно будет чрезмерно расширен.

Как устроены ракетные двигатели (3 минуты чтения и все понятно)

Двигатели космических ракет тема широко обсуждаемая. Но не все читатели и комментаторы, в общем-то, представляют, как они устроены. Небольшой и короткий ликбез, да еще и с примерами.

Отличие от авиационных, автомобильных и других.

Их много. Но для целей этой статьи важно одно. Ракетным двигателям для работы нужно не только горючее, но и окислитель.

Нам кажется привычным – залил бензин (горючее) в бензобак и поехал. С ракетой так не получится. Автомобильные, авиационные, судовые и другие двигатели работают в условиях плотной кислородсодержащей (окислитель) атмосферы Земли.

Кислород, как известно, необходим для поддержания горения. Ракета плотные слои атмосферы преодолевает в течение короткой стадии полета, сразу же после старта. Поэтому, взять кислород для работы своих двигателей из атмосферы ракета она не может. И поэтому ее заправляют не только горючим

, но и
окислителем
, как правило, кислородом.

Итак, ракетное топливо двухкомпонентное

Само горючее

, как правило это:

Почему «окислитель»? Потому что горение, это и есть химическая реакция окисления, сопровождающаяся высокой скоростью реакций и выделением теплоты и света. (Кстати, образование ржавчины, тление и многие другие процессы также являются окислением, только не столь быстрым)

Есть топливные пары без кислорода. Например, гептил (горючее) – тетраоксид диазота (окислитель). Такая пара используется в двигателях ракет семейства «Протон». Гептил очень токсичен.

Виды движения в атмосфере

Может показаться, что с этого следовало начать статью. Может быть.

Чтобы добраться до космоса, «нужно пролететь атмосферу». Итак, есть несколько видов движения в атмосфере:

Это движение тела в пространстве под действием внешних сил. Снаряды и пушечные ядра, боеголовки баллистических ракет и так далее – все это баллистическое движение. «Вагон-снаряд» отправленный на Луну французским писателем Жюлем Верном в научно-фантастическом романе «Из пушки на Луну», также.

Для создания подъемной силы используется заключенный в оболочке газ (или нагретый воздух) с плотностью меньшей, чем плотность окружающего воздуха.

Воздушные шары, аэростаты, дирижабли — все это летательные аппараты легче воздуха. Американская компания World View собиралась отправлять таким образом туристов в «ближний космос» (какой хороший маркетинговый термин), то есть на высоту 30 километров.

Подъемная сила создается крылом самолета благодаря поступательному движению летательного аппарата, которое сообщает ему силовая установка — авиационный двигатель.

И наконец,
Реактивное движение
Ракетные двигатели — это реактивные двигатели.

Под реактивным движением тела понимают такое движение, которое возникает при отделении от тела (ракеты) некоторой его части (горячие газы из сопла двигателя под высоким давлением) с определенной скоростью относительно него.

Таким образом, ракетный двигатель выбрасывает массу (горящее топливо) в одном направлении, а сам движется в противоположном. Процесс горения ускоряет массы топлива так, что они выходят из сопла ракеты на высокой скорости.

Это были принципы, теперь к устройству.

Начнем с простого

В жидкостных ракетных двигателях топливо и окислитель находятся в жидком состоянии в двух раздельных резервуарах. По трубопроводам они попадают в камеру сгорания. Здесь они перемешиваются и сгорают, создавая поток горячих газов с высокой скоростью и давлением. Эти газы проходят через сопло, которое еще больше их ускоряет, а после выходят, образуя реактивную тягу.

Кажется все просто? На самом деле нет!

Первая инженерная задача

Здесь и далее последовательность задач дана только для упрощения объяснения.

Ввиду высокой температуры горения, и значительного количества выделяемого тепла, даже малой его части достаточно для термического разрушения двигателя. Стенки камеры двигателя и сопло нужно охлаждать.

Но чем? Нужно максимально простое решение, чтобы не усложнять двигатель и не увеличивать его вес.

Самое распространенное: охлаждать одним из компонентов топлива, как правило, это горючее. В стенке камеры сгорания и верхней, наиболее нагреваемой части сопла создаются полости («рубашка охлаждения»), через которые перед поступлением в форсуночную головку камеры сгорания проходит горючее. Таким образом, холодная жидкость сначала циркулирует вокруг перегретых частей двигателя, чтобы охладить их, а затем попадает в камеру сгорания.

Компоненты топлива во многих случаях охлаждаются до более низких температур. Это позволяет повысить их плотность и поместить большее количество топлива в топливные баки. Даже керосин. Например, в Falcon 9 керосин охлаждается с 21 °C до −7 °C. Пр этом его плотность увеличивается на 2,5 %.

Вторая инженерная задача

Компоненты топлива сами в камеру сгорания не будут поступать. Нужны насосы. Они будут создавать высокое давление, чтобы преодолеть давление, которое создает в камере сгорания сжигаемое топливо.

Но нам снова, нужно чтобы двигатель и ракета были максимально простыми и легкими (насколько это можно). Решение нашлось. Часть топлива

используется для работы насосов. Оно подается в небольшую камеру «предварительного» сгорания – газогенератор. Горячий газ из нее приводит в действие турбину, она – приводит в действие топливные насосы. Турбина одна. Насосов два – на одном валу.

News Directory World News Headlines

Сопло́ Лава́ля — газовый канал особого профиля (имеющий сужение) для изменения скорости проходящего по нему газового потока. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных авиационных двигателей.

В простейшем случае сопло Лаваля может состоять из пары усечённых конусов, сопряжённых узкими концами. Эффективные сопла современных ракетных двигателей профилируются на основании газодинамических расчётов.

Сопло было предложено в 1890 году шведским изобретателем Густафом де Лавалем для паровых турбин.

Приоритет Годдарда на применение сопла Лаваля для ракет подтверждается рисунком в описании изобретения в патенте США от 7 июля 1914 г., на двухступенчатую твердотопливную ракету, заявленном в октябре 1913 г. (По другим данным, впервые в ракетной технике сопло Лаваля применил в 1896—97 годах Вильгельм Унге [1] , с фирмой которого «Марс» Лаваль впоследствии сотрудничал).Феномен ускорения газа до сверхзвуковых скоростей в сопле Лаваля был обнаружен в конце XIX в. экспериментальным путём. Позже это явление нашло теоретическое объяснение в рамках газовой динамики.

В России в ракетном двигателе сопло Лаваля впервые было использовано генералом М. М. Поморцевым в 1915 г. В ноябре 1915 года он обратился в Аэродинамический институт с проектом боевой пневматической ракеты. Ракета Поморцева приводилась в движение сжатым воздухом, что существенно ограничивало её дальность, но делало бесшумной. Ракета предназначалась для стрельбы из окопов по вражеским позициям. Боеголовка оснащалась тротилом. В ракете Поморцева было по крайней мере два интересных конструктивных решения: в двигателе имелось сопло Лаваля, а с корпусом был связан кольцевой стабилизатор.

При анализе течения газа в сопле Лаваля принимаются следующие упрощающие допущения:

С учётом этого, а также с учётом стационарности и одномерности потока уравнение Эйлера принимает вид:

Итак, на сужающемся, докритическом участке сопла движение газа происходит с дозвуковыми скоростями. В самом узком, критическом сечении сопла локальная скорость газа достигает звуковой. На расширяющемся, закритическом участке, газовый поток движется со сверхзвуковыми скоростями.

Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию его направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70 %, что значительно превосходит КПД реальных тепловых двигателей всех других типов. Это объясняется тем, что рабочее тело не передаёт механическую энергию никакому посреднику (поршню или лопастям турбины). В других тепловых двигателях на этой передаче имеют место значительные потери. Кроме того, газ, проходя через сопло на значительной скорости, не успевает передать его стенкам заметное количество своей тепловой энергии, что позволяет считать процесс адиабатическим. У реальных тепловых двигателей других типов нагрев конструкции составляет существенную [ какую? ] часть потерь. Автомобильный двигатель, например, работает больше на радиатор охлаждения, чем на выходной вал [ источник не указан 650 дней ] .

Из уравнения состояния идеального газа, и баланса энергии в газовом потоке выводится формула расчёта линейной скорости истечения газа из сопла Лаваля: [2]

При работе сопла Лаваля в непустой среде (чаще всего речь идет об атмосфере) сверхзвуковое течение может возникнуть только при достаточно большом избыточном давлении газа на входе в сопло по сравнению с давлением окружающей среды.

При возникновении сверхзвукового течения давление газа на выходном срезе сопла может оказаться даже меньше давления окружающей среды (вследствие перерасширения газа при движении по соплу). Такой поток может оставаться стабильным, поскольку давление окружающей среды (пока оно ненамного превышает давление газа на срезе сопла) не может распространяться против сверхзвукового потока. [ источник не указан 4141 день ]

В общем случае удельный импульс сопла Лаваля (при работе как в среде, так и в пустоте) определяется выражением:

Рассматривая соотношение давления на срезе сопла и давления окружающей среды, выделяют следующие случаи. [3]

Вышесказанное объясняет то обстоятельство, что ракетные двигатели, работающие в плотных слоях атмосферы, как правило, имеют степень расширения меньшую, чем двигатели, работающие в пустоте. Например, у двигателя F-1 первой ступени носителя Сатурн-5 степень расширения составляет 16:1, а RL 10B-2 — двигатель, используемый NASA на ускорителях межпланетных зондов, имеет степень расширения равную 250:1.

Стремление добиться эффективной работы двигателя как на Земле, так и на высоте заставляет конструкторов искать технические решения, позволяющие достигнуть эту цель. Одним из таких решений явился подвижный сопловой насадок — «продолжение» сопла, которое пристыковывается к нему по достижении ракетой разреженных слоёв атмосферы, увеличивая, таким образом, степень расширения сопла. Схема действия насадка изображена на рисунке справа. Эта схема была практически реализована, в частности, в конструкции двигателя НК-33-1.

Проблема оптимизации степени расширения сопла очень актуальна и при разработке авиационных реактивных двигателей, поскольку самолёт предназначен для полётов в широком диапазоне высот, а от удельного импульса его двигателей в сильной мере зависит экономичность и, следовательно, дальность полёта. В современных турбореактивных двигателях применяются регулируемые сопла Лаваля. Такие сопла состоят из продольных пластин, имеющих возможность перемещения друг относительно друга, со специальным механизмом с гидравлическим или пневматическим приводом, позволяющим в полёте изменять площадь выходного и/или критического сечений, и, таким образом, добиваться оптимальной степени расширения сопла при полёте на любой высоте. Регулирование площади проходных сечений выполняется, как правило, автоматически специальной системой управления. Этот же механизм позволяет по команде пилота изменять в некоторых пределах и направление реактивной струи, а следовательно, направление вектора тяги, что существенно повышает маневренность самолёта.

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Дать газ на холодном двигателе
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector