拉伐爾噴管的設(shè)計(jì)(存儲(chǔ)版)
【正文】 氣從噴管收斂段流到噴管喉部時(shí)，由于氣流的慣性作用，流線不能完全適應(yīng)流道截面變化，使實(shí)際噴喉直徑減小，使流量下降。在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)拉伐爾噴管的設(shè)計(jì)過程中，必須同時(shí)滿足先收斂后擴(kuò)張的幾何條件以及噴管出口截面的氣體壓強(qiáng)必須達(dá)到或超過反壓值的力學(xué)條件。采用源流假設(shè)時(shí)，排氣參數(shù)只有在球面上才是均勻一致的，分別為壓強(qiáng)、密度、速度等，而噴管出口截面上的參數(shù)仍用、等表示。通常需要考慮的流動(dòng)損失主要包括：兩相流損失、流量損失、邊界層損失和噴管擴(kuò)張損失等，這些流動(dòng)損失一般用修正系數(shù)來表示，定義為(1) 兩相流損失在理想性能參數(shù)計(jì)算中，假設(shè)燃?xì)鉃槔硐霘怏w，實(shí)際上，應(yīng)當(dāng)考慮凝聚相影響。由此可知，拉伐爾噴管中的流動(dòng)受幾何條件和力學(xué)條件兩方面的影響，在拉伐爾噴管的設(shè)計(jì)過程中必須同時(shí)考慮。②比小于一定值隨著壓強(qiáng)差的增大，噴管外的斜激波逐漸向噴管口收攏，并最終在小于一定值時(shí)演變成覆蓋在噴管出口截面上的正激波，如圖6所示。(3) 過膨脹狀態(tài)如果在最佳膨脹狀態(tài)下減小噴管進(jìn)口總壓，則噴管出口的氣體壓強(qiáng)也將減小，即。當(dāng)總壓變化時(shí)，噴管出口截面上的氣體壓強(qiáng)隨之變化。2．3流動(dòng)極限狀態(tài)——壅塞狀態(tài)收斂管道中的一維定常等熵流動(dòng)流速只能連續(xù)變化到M=1，即達(dá)到臨界狀態(tài)，這是它的極限。這一架構(gòu)可使氣流的速度因噴截面積的變化而變化，使氣流從亞音速到音速，直至加速至超音速。推導(dǎo)建立了拉伐爾噴管主要性能參數(shù)的計(jì)算方法。關(guān)鍵詞：變截面；力學(xué)條件；性能參數(shù)；流動(dòng)損失1．引言拉伐爾噴管是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)最常用的構(gòu)件，由兩個(gè)錐形管構(gòu)成，如圖1所示，其中一個(gè)為收縮管，另一個(gè)為擴(kuò)張管。圖1 拉伐爾噴管結(jié)構(gòu)圖2．拉伐爾噴管的幾何條件2．1變截面一維定常等熵流動(dòng)在變截面一維定常流動(dòng)中只考慮截面積變化這一種驅(qū)動(dòng)勢(shì)，忽略摩擦、傳熱、重力等其他驅(qū)動(dòng)勢(shì)，因此流動(dòng)是絕熱無摩擦的，即等熵流動(dòng)，變截面定常等熵流動(dòng)模型如圖2所示。如果在臨界截面之后使管道擴(kuò)張，則當(dāng)管道出口截面處的下游物理邊界條件滿足一定要求時(shí)，流動(dòng)能夠從聲速流變?yōu)槌曀倭?。這種流動(dòng)的主要特點(diǎn)是：①噴管喉部達(dá)到了臨界狀態(tài)，出口流動(dòng)為超聲速，即Me1；②流體流出噴管后，既不膨脹，也不壓縮，而是一平行射流；③由于管內(nèi)流動(dòng)為超聲速，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生微小擾動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)的傳播速度（即聲速）小于流動(dòng)速度，擾動(dòng)不能傳進(jìn)噴管內(nèi)部，即噴管中的流動(dòng)覺察不到外界反壓的變
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