نازل همگرا برای جت سوپر سونیک

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1856

سپاس: 3351

جنسیت:

تماس:

نازل همگرا برای جت سوپر سونیک

پست توسط rohamjpl »

آیا می توان از نازل همگرا برای موتور جت مافوق صوت استفاده کرد؟
Can a convergent nozzle be used for a supersonic jet engine

یک نازل همگرا اجازه خروج مافوق صوت گازهای احتراق را نمی دهد، اما به دلیل دمای بالای آنها، سرعت صدای آنها به طور قابل توجهی بالاتر از هوای اطراف است. برای مثال در دمای 700 درجه سانتی گراد سرعت صوت در هوا 625 متر بر ثانیه است. از آنجایی که رانش عمدتاً با تفاوت در سرعت ورودی و خروجی هوای جریان یافته از یک موتور تعیین می شود، برای رانش مثبت به سرعت بالاتری نسبت به سرعت پرواز نیاز است. سرعت پایین پرواز مافوق صوت با یک نازل همگرا کاملاً امکان پذیر است.هنگامی که هواپیما از دیوار صوتی عبور می کند، کشش به آرامی افزایش می یابد زیرا ضریب پسا در واقع کاهش می یابد. اگر طراحی به منظور پرواز مافوق صوت باشد، که مستلزم انطباق های طراحی زیادی است، منطقی است که به سمت سرعت مافوق صوت بالاتر برویم. با این حال، این امر به یک ورودی قابل تنظیم و یک نازل همگرا-واگرا قابل تنظیم نیاز دارد. هر دو کارایی را افزایش می دهند، در اعداد ماخ بالاتر به طور چشمگیری. ورودی ساده پیتوت F-16 به اندازه کافی برای 1.6 ماخ خوب است (بالاتر از آن، کارایی آن کاملاً وحشتناک می شود)، اما همچنان موتور F-110 آن دارای یک نازل con-di است.
با یک نازل همگرا قابل تطبیق، گازهای خروجی را می توان تا سرعت صوت خود شتاب داد، اما نه بیشتر. باریک شدن مسیر جریان جریان مادون صوت را تسریع می کند، اما فقط به سرعت صوت. فقط یک مسیر جریان واگرا، جریان را به سرعت مافوق صوت افزایش می دهد. یک نازل همگرا کوتاهتر و سبکتر خواهد بود، اما به معنای دور ریختن مقدار زیادی انرژی قابل استفاده با گازهای داغ خروجی است. در بیشتر موارد، تبدیل انرژی فشار گازهای خروجی به نیروی رانش بیشتر با شتاب دادن به آنها به سرعت مافوق صوت کارآمدتر است.
نازل های همگرا تنها زمانی معنا پیدا می کنند که هواپیما فقط برای خطوط کوتاه و محدود مافوق صوت طراحی شده باشد، اما تقریباً تمام زمان پرواز را با سرعت های مادون صوت سپری کند. به عنوان مثال می توان به Northrop F-5E یا Panavia Tornado اشاره کرد.
بیایید در نظر داشته باشیم که آنچه ما می خواهیم (با نادیده گرفتن بهینه سازی لحظه ای حجم هوا برای احتراق تغذیه) سرعت بالا در اگزوز جت خروجی است.
در یک جریان SUBSONIC هوا تراکم پذیر باقی می ماند و یک نازل زیر صوت همگرا سرعت را افزایش می دهد در حالی که فشار و دما کاهش می یابد.، بنابراین کاهش P و T را به عنوان یک ساده‌سازی غیرقابل توجیه از سوی من در نظر بگیرید تا از توضیح دیگری جلوگیری کنم.) بنابراین برای پایان اگزوز کندتر. سرعت، یک نازل همگرا کاملا منطقی است.
وضعیت ایده آل برای جریان SUPERSONIC همگرا-واگرا است زیرا برای جریان همگرا، بخش همگرا انرژی را تا حد سرعت صوت ایجاد می کند. سپس این نقطه صوتی دقیقاً در "گلوی" قرار می گیرد که در آن همگرا شدن واگرا می شود و قسمت واگرا گرما و فشار را به سرعت بیشتری تا مقادیر نسبتاً بالای مافوق صوت تبدیل می کند. توجه داشته باشید که یک موتور جت مدرن از نظر جریان هوا نسبتاً پیچیده است و "گلوی" ممکن است در اعماق موتور باشد و اصلاً شبیه گلوی موتور موشک نباشد.
تصویر
به این دلایل، ما انتظار داریم که در هواپیماهای زیر صوت مانند هواپیماها و برخی از جت های جنگنده شاهد نازل های نهایی همگرا باشیم، در حالی که جت های مافوق صوت معمولا نازل های واگرا دارند. اگر یک نازل همگرا را روی یک جنگنده با قابلیت مافوق صوت مشاهده کردید، به دقت به آن نگاه کنید تا ببینید آیا برای تغییر شکل در هنگام پرواز مفصل بندی شده است - که بسیار رایج است.
با همه اینها، طراحان هوافضا بسیار باهوش هستند و تزریق سوخت (پس سوز) در صورتی که برای آن طراحی شود می تواند باعث ایجاد جریان غیر همسانتروپیک شود. بنابراین من بیرون نمی روم و نمی گویم که هیچ جت نازل مافوق صوت نازل همگرا وجود ندارد، اما حداقل اکنون می دانید که چرا آنها استثنا هستند و نه قاعده :)
برای یک هواپیمای مافوق صوت، یک نازل همگرا جریان را کاهش می دهد. این فقط در کمپرسور مورد نیاز است، جایی که سرعت جریان باید کندتر باشد، اما پس از آن برای به دست آوردن نیروی رانش بیشتر، جریان باید تسریع شود.
اکنون، می‌توان استدلال کرد که اگر یک جریان مافوق صوت وارد یک نازل همگرا شود، سرعت مافوق صوت (حدود 1 ماخ) را افزایش می‌دهد که پس از آن نازل همگرا جریان را تسریع می‌کند. اما این هرگز به هیچ ماخ بالاتر از 1 برای جریان نمی رسد، زیرا به محض اینکه جریان به 1 ماخ برسد، یک بار دیگر توسط قسمت همگرا نازل کند می شود. بنابراین، حداکثر خروجی ماخ که می‌توان انتظار داشت از یک نازل همگرا خارج شود، 1 است (خواه ورودی مافوق صوت باشد یا مافوق صوت).
حال برای پرواز مافوق صوت باید عدد خروجی ماخ بزرگتر از 1 باشد. در چنین مواردی باید از نازل واگرا همگرا (C-D Nozzle) استفاده کرد.
اگر کسی بخواهد موتوری بسازد که بتواند هواپیما را به سرعت های مافوق صوت با سرعت اگزوز مادون صوت (یا فراصوت) شتاب دهد، مطمئناً می توان فقط از نازل های همگرا استفاده کرد. اما، یک نکته وجود دارد:
در اینجا برای یک موتور در جریان آزاد Pe تقریبا برابر با P0 است. بنابراین برای موقعیتive thrust، اصطلاحات حاوی Ve و V0 باید پاسخ مثبت بدهند. بنابراین برای ایجاد موتوری که در آن Ve < V0 (زیرا V0 سرعت جریان آزاد است که مافوق صوت است، و Ve سرعت خروجی است که در این مورد فرض می‌شود فراصوتی است)، باید مقدار زیادی از Me را در بالا تخلیه کرد. نرخ. این بدان معناست که از نظر فنی امکان ایجاد موتوری وجود دارد که پرواز مافوق صوت را با سرعت اگزوز فراصوت انجام دهدحال، اگر در نظر بگیرید که دمای خروجی بسیار بالا است، فرض کنید حدود 1200k، و دمای ورودی بخار آزاد را حدود 300K در نظر بگیرید، به این معنی است که سرعت خروجی می تواند حدود دو برابر سرعت 1 ماخ هوا در 300k باشد (بدون اینکه مافوق صوت)، یعنی حدود 630 mpps. اگر ماخ ورودی شما حدود 1.2 است، به سرعت جریان آزاد ورودی 380 mpps (apx) تبدیل می شود. این بدان معناست که سرعت خروج شما از 380 mpps به 630 mpps رسیده است، فقط با استفاده از یک نازل همگرا. اما این هنوز به سوخت زیادی نیاز دارد تا سوزانده شود (زیرا نیروی رانش مورد نیاز معمولاً برای پرواز یک هواپیما با وزن چند هزار کیلوگرم بسیار زیاد است).hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
تصویر

ارسال پست