Расчет сопла Лаваля

Возможно возникновение потоковых неустойчивостей и завихрений. В сверхзвуковой части при неудачном профилировании можно и скачки уплотнения получить. Или в узкой части - если поток на самом деле достигнет сверхзвуковых параметров чуть-чуть раньше.
Задача профилирования сопла - двумерная, аналитически фиг решается, только экспериментально или численно-экспериментально. Нарисовали, прогнали.

Совсем на пальцах - конус для сверхзвуковой части будет плох уже потому, что даёт на выходе ненулевую радиальную компоненту скорости потока (деньги энергия на ветер), значит, на срезе сопла поток должен стать почти параллельным оси, и касательная к профилю тоже параллельная или близко к тому. И сделать такое сопряжение, такой профиль, чтобы и сечение вдоль оси менялось как надо, и ничего нехорошего побочного не возникло - и есть маета.
А так, если абы попроще, за параметрами не гоняясь - ну можно и конусы взять, только в месте сопряжения угол "скруглить". На ранних этапах ракетостроения так иногда делали.

whuser400> Почему - из-за срыва потока?
вдобавок к написанному факиром могу мелочь добавить, что свзв часть может иметь параболическую форму образующих - чтоб площадь росла линейно, а не квадратично.

Спасибо!
А можете подсказать, как сформулировать критерии/граничные условия для расчета сопла Лаваля? Хотя бы качественно, на словах...
Понятно, что нужен эксперимент. Но хочется понимать, что будем оптимизировать и в каком направлении...
А то пока у меня такого понимания нет совсем, кроме т.Бернулли и разного поведения дозвуковых/сверхзвуковых потоков в диффузоре/конфузоре...

Bredonosec> вдобавок к написанному факиром могу мелочь добавить, что свзв часть может иметь параболическую форму образующих - чтоб площадь росла линейно, а не квадратично.

Очень интересно...
А для чего нам рост площади именно по такому закону?
Из каких критериев это может вытекать?

Кстати, как вы думаете, скачки уплотнения могут служить механической границей, аналогом стенки, для газовых потоков?

whuser400> Спасибо!
whuser400> А можете подсказать, как сформулировать критерии/граничные условия для расчета сопла Лаваля? Хотя бы качественно, на словах...
whuser400> Понятно, что нужен эксперимент. Но хочется понимать, что будем оптимизировать и в каком направлении...

Берите какой-нибудь пакет - GDT или до чего дотянетесь, как минимум студенческие версии, наверное, есть в доступе, хотя у них сетки наверняка не ахти... Хотя может сейчас уже получше. Рисуете профиль, запускаете моделирование, смотрите, чего вышло. Есть ли ненужные скачки внутри, какой поток на выхоте и т.д. И рихтуете.
Если мощности/сеток доступного пакета не хватит - можете попробовать заглянуть в какой-нибудь институт, где есть такие лабораторные, и поуговаривать сотрудников, чтоб вам дали попользоваться, а может и подсказали чего.

Ну и литературу читать - Абрамовича там соответствующие главы первого тома. Может еще какие книжки по ЖРД - Синярев там с Добровольским. Где-то там могут быть в общих чертах и приближенные методы для профилировки сопел - только сомневаюсь, что есть смысл вникать при нынешней доступности моделирования.

А вам зачем вообще? Может проще что готовое взять? Или процесс интересует?

Fakir> Ну и литературу читать - Абрамовича там соответствующие главы первого тома. Может еще какие книжки по ЖРД - Синярев там с Добровольским. Где-то там могут быть в общих чертах и приближенные методы для профилировки сопел - только сомневаюсь, что есть смысл вникать при нынешней доступности моделирования.

Решил проверить память - да, в Абрамовиче есть пара страничек на эту тему, подзаголовок "Форма сопел", с.443

Fakir> А вам зачем вообще? Может проще что готовое взять? Или процесс интересует?

Интересует именно теоретическая часть. Поэтому программный пакет не очень подходит. Хотелось бы именно критерии расчета, больше даже качественные...

Fakir> Решил проверить память - да, в Абрамовиче есть пара страничек на эту тему, подзаголовок "Форма сопел", с.443

А как сама книга называется?

whuser400> Кстати, как вы думаете, скачки уплотнения могут служить механической границей, аналогом стенки, для газовых потоков?

Полным аналогом твёрдой стенки нет, а так, конечно, на поток влиять может. Что в частности и проявляется в случаях некоторых нерасчётных режимов работы сопла, если скачки образуются внутри. Или что-то типа аэроспайка.

Fakir>> Решил проверить память - да, в Абрамовиче есть пара страничек на эту тему, подзаголовок "Форма сопел", с.443
whuser400> А как сама книга называется?

Нууу, батенька, знать надо такие вещи, раз уж занимаетесь С какой, кстати, целью?
По автору ищется легко

Fakir> Нууу, батенька, знать надо такие вещи, раз уж занимаетесь С какой, кстати, целью?

Никогда не знаешь, когда просто накопленные знания начнут приносить конкретную пользу...
Все мечтаю о сверхмалой авиации с каким-нибудь трд, в качестве двигателя...
ТРД, на основе конструкции Курта Шреклинга, для авиамоделей народ сам собирает - инфы по ним много, но там кпд низкий.

Fakir> По автору ищется легко

Я так понял, чо речь идет о книге Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч.

whuser400> Все мечтаю о малой авиации с каким-нибудь ТВРД, в качестве двигателя...
эээ.. джетпаки на гтд работают...
Или имеется в виду увлечение ракетами?

Bredonosec> эээ.. джетпаки на гтд работают...
Bredonosec> Или имеется в виду увлечение ракетами?

Нет, ГТД.
Но те простые конструкции для авиамоделей - это вариации разработки Курта Шреклинга. Они на центробежном одноступенчатом компрессоре и, разумеется, одноконтурные. Очень красивая схема, но подходит только для моделей.
Хотя видел фотки, где пару таких движков, размером с полуторалитровую консервную банку, мужик поставил на сверхмалый ЛА и ничего, полетел...

Хочется тоже небольшой, предельно простой, двигатель, но экономичный и при этом тяговитый... Но это уже сразу турбовентилляторный, двухконтурный.
Вопрос в том, как все равно его сделать простым, ближе по технологиям к авиамодельным, чем к серийным в большой авиации.
Тут единственный резерв - разные газодинамические эффекты, может даже не используемые пока в существующих моделях трд.

Но это все пока только мечты... Пока не появилось прорывной идеи...

whuser400> Но те простые конструкции для авиамоделей
да не сказать что это авиамодели.


и ведь при малых диаметрах повышение давления - очень сложная задача.

whuser400> Я так понял, чо речь идет о книге Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч.

Да.

whuser400> Все мечтаю о сверхмалой авиации с каким-нибудь трд, в качестве двигателя...

ТРД - это скорости от 600 км/ч, нужно ли это сверхмалой авиации?
И "самопальный" ТРД будет ну очень сложной штукой (сложнее даже ЖРД), и параметры будут грустными - особенно экономичность.

Fakir> ТРД - это скорости от 600 км/ч, нужно ли это сверхмалой авиации?
Fakir> И "самопальный" ТРД будет ну очень сложной штукой (сложнее даже ЖРД), и параметры будут грустными - особенно экономичность.

для трд согласен.
но мы говорим о турбовентилляторном или турбовинтовом (некоторый аналог - турбовальный).
также, говорим только об одной ступени для компрессора и максимум 2-х для турбины - нужны для отдельного привода ступени компрессора и отдельного привода вентиллятора. Тут уже другие скорости и, в силу двухконтурности, другая экономичность. 3D фрезы позволяют селать достаточно оптимальную форму лопаток и если они составляют единое целое с колесом (для осевого компрессора, хотя можно взять и более простой компрессор - центробежный), то это сильно меняет дело...
Также, есть газодинамические эффекты, возможно не вполне учтенные в современных трд.
Идея получить трехлитровый цилиндр с мощностью не менее 50-90 лс и допускающий невысокую/некачественную чистоту обработки/центровки лопаток и прочих поверхностей, т.к. допускающий сборку в сельпо...
Т.к. дигатели Курта Шреклинга собирают действительно прямо на коленке в гараже, а не то что даже в сельпо, то хотелось бы остаться на таком же уровне сложности и качества сборки, но повысить сложность аэродинамических поверхностей + двухконтурность + винт-вентиллятор в кольцевом канале + еще некоторые газодинамические нюансы.
Если это принципиально окажется невозможным - ну значит не шмогла...

Вот, кстати довольно простенькое нутро авиамодельного ТРД:

Есть и много других статей, более подробно освещающих детали конструкции...

s.t.> и ведь при малых диаметрах повышение давления - очень сложная задача.

да, у приведенного двигателя компрессия мала, но есть ведь еще явления эжекции и присоединения масс окружающего воздуха и т.д.
в приведенном варианте ничего подобного не используется.
И ведь даже простые подшипники могут быть газовые - газостатические, к примеру - другое трение, другое обслуживание, другая смазка (если вообще нужна)...

И все-таки, как же, из каких критериев подойти мне к расчету (предварительному, может только качественному даже) сопла Лаваля?
Что оптимизируем, что пытаемся снизить, по каким апроксимирующим зависимостям?

Fakir> ТРД - это скорости от 600 км/ч, нужно ли это сверхмалой авиации?

ТРД можно также использовать для привода электрогенератора, встроенного в корпус ТРД. А генератор питает электродвигаель, как в малой авиации, так и в автомобилях. Получаем гибрид. Если силовая установка будет компактной и с малым весом - то все ок...

whuser400> Если силовая установка будет компактной и с малым весом - то все ок...
Начнем с самого низа. Двигатель суть передача энергии рабочему телу, которое передает энергию подвижным частям для случая разного рода мотор-генераторов. Или в случае ТРД только рабочему телу.

Чем больше энергии сумеем сообщить рабочему телу, тем лучше КПД. Но сдается мне, что процесс этот не мгновенный. И в случае уменьшения габаритов двигателя мы принципиально меньше энергии будем передавать рабочему телу, воздух будет тупо проскакивать не нагреваясь. Прощай КПД. Это можно обойти если повысить давление, но на вентиляторах давление впрямую зависит от оборотов и тут есть предел.
Как вариант, можно сделать поршневую машину, там с давлениями все хорошо, но это же обычный ДВС. Ну или на крайний случай ванкель, у которого с давлениями наблюдаются тем не менее напряги.

Без вариантов, уменьшаем турбину теряем КПД. Хотя можно, наверное, придумать что-то вроде очень длинной турбины - стручка. Да, выиграем габарит, но только в одном измерении. Впрочем, это еще можно как то стерпеть ибо самолеты имеют большое удлинение. Но сделать тонкий, длинный вал турбины?

s.t.> Без вариантов, уменьшаем турбину теряем КПД. Хотя можно, наверное, придумать что-то вроде очень длинной турбины - стручка. Да, выиграем габарит, но только в одном измерении. Впрочем, это еще можно как то стерпеть ибо самолеты имеют большое удлинение. Но сделать тонкий, длинный вал турбины?

Не, не вариант - биения разрушат вал. Также, длинная турбина - много ступеней, высокая сложность изготовления + стоимость.
Только если играться аэродинамическим профилем лопаток/сопла + дополнительной эжекцией воздуха из окружающей среды + применение вентилятора, который ближе к винту или самого винта.

У ванкеля большая сложность изготовления + проблемы с уплотнением + не очень удачная форма камеры сгорания/поршня для передачи импульса раскаленных газов к поршню, трение, масло...