¿Qué significa una boquilla bidimensional? ¿Cuál es el punto?
Suponiendo que el gas fluye axialmente simétrico y estable en el espacio sin aspas, y que la velocidad radial del gas es cero, el campo de flujo tridimensional en la máquina impulsora se puede descomponer artificialmente en los cambios radiales del flujo. parámetros en el espacio sin cuchillas y flujo bidimensional en una superficie cilíndrica. Sin embargo, esta suposición tiene propiedades de aproximación obvias, especialmente para maquinaria de impulsor con una relación de cubo pequeña y un ángulo de expansión meridional grande. Para acercar el modelo de flujo a la realidad, es necesario desarrollar la teoría del flujo tridimensional de las turbomáquinas.
En 1905, H. Lorenz propuso la teoría del flujo pasante, que es la teoría multilobulada infinita. Esta teoría supone que el número de palas llega al infinito y el grosor de las palas llega al infinito. De esta manera, la forma de cada superficie de flujo relativa entre dos palas adyacentes es consistente con el plano central de la pala, y el cambio circunferencial es cercano a cero. El efecto de la pala real se tiene en cuenta mediante la introducción de un campo de fuerza de masa imaginario. De esta manera, se puede obtener la solución del flujo de aire en la superficie límite de flujo coincidente con el plano central del álabe. A principios de la década de 1950, el científico chino Wu Zhonghua perfeccionó la teoría del flujo pasante y propuso una teoría general del flujo tridimensional en maquinaria con impulsores. Esta teoría introduce los conceptos de S 1 y S 2 y deriva las ecuaciones básicas de estos dos tipos de superficies de flujo respectivamente. Mediante la combinación adecuada y la aplicación alternativa de estas dos superficies de flujo, un problema de flujo tridimensional real se puede descomponer en dos problemas de flujo bidimensionales relacionados a lo largo de S 1 y S 2 respectivamente (ver figura [Diagrama esquemático de la teoría general de tres -flujo dimensional]). De hecho, generalmente se supone que la superficie de flujo S 1 es alguna superficie de rotación arbitraria, pero en la familia de superficies de flujo S 2, solo se toma una superficie de flujo central llamada S 2m. De esta forma se puede obtener una primera aproximación del flujo tridimensional.
En aquel momento se propuso una teoría general de flujo tridimensional en maquinaria de impulsor para flujo subsónico puro y flujo supersónico puro. De hecho, el flujo transónico suele existir en maquinaria de turbinas de alta velocidad, es decir, hay regiones subsónicas y supersónicas en el campo de flujo, y hay superficies de ondas de choque y superficies sónicas con formas, números y posiciones desconocidas. Por tanto, el flujo transónico es una de las direcciones de investigación de la dinámica de gases de turbomaquinaria. Resolver directamente el problema del flujo tridimensional cuando se conoce la geometría del canal de la pala es la segunda dirección de la investigación. En ingeniería, se suelen utilizar métodos semiempíricos para corregir la influencia de la viscosidad del fluido. Además, la interacción entre la capa límite en el perfil de la pala, la capa límite en la pared anular de la carcasa o cubo y la corriente principal de la capa límite producirá el llamado fenómeno de "flujo secundario", que tiene un gran impacto. impacto en el rendimiento de la turbomáquina. Por tanto, el estudio del flujo viscoso en turbomaquinaria es la tercera dirección. Boquilla: componente de un motor a reacción que convierte gas (o aire) a alta presión en energía cinética, lo que hace que el flujo de aire se expanda, acelere y expulse a alta velocidad para generar empuje inverso. También se llama boquilla de escape, boquilla de empuje o boquilla de empuje. boquilla de cola. Existen muchos tipos de boquillas, incluidas boquillas convergentes fijas o ajustables, boquillas convergentes-divergentes, boquillas de eyección, boquillas de tapón, etc., que se seleccionan según el rendimiento de la aeronave y las características operativas del motor. La mayoría de los aviones de combate de alta velocidad utilizan boquillas convergentes-divergentes ajustables y boquillas convergentes-divergentes ajustables o boquillas de eyección fijas convergentes-divergentes se utilizan generalmente para motores de cohetes verticales/STOL que utilizan boquillas inversas;
La relación entre la presión total en la entrada de la boquilla y la presión estática en la salida de la boquilla se denomina relación de caída de presión de la boquilla, relación de expansión o relación de presión. La relación entre el área de salida de la boquilla de incrustación y el área de la sección transversal crítica (el área en la sección transversal más pequeña) se denomina relación del área de expansión de la boquilla, comúnmente conocida como relación de área. Cuando la presión estática en la salida de la boquilla es exactamente igual a la presión atmosférica externa, se denomina boquilla de expansión total y tiene el mejor rendimiento. Cuando la presión estática en la salida de la boquilla es mayor que la presión atmosférica externa, se denomina boquilla de expansión incompleta y la energía de presión del flujo de aire no se convierte completamente en energía cinética. Cuando la presión estática en la salida de la boquilla es menor que la presión atmosférica externa, se denomina boquilla de sobreexpansión y se producirá un empuje de presión negativa.
Boquilla cuya sección transversal disminuye gradualmente a lo largo de la dirección del flujo. El medio ángulo de convergencia suele ser de 7° a 35°. Cuando se vuela con números de Mach elevados, una expansión incompleta provocará una gran pérdida de empuje. Por ejemplo, cuando el número de Mach es 1,5, la pérdida es aproximadamente del 14%; cuando el número de Mach es 3, la pérdida supera el 50%. Esta boquilla tiene una estructura simple y liviana, y se utiliza en motores de aviones subsónicos o hipersónicos.
La boquilla de convergencia divergente es una boquilla cuyo área de sección transversal primero converge y luego se extiende a lo largo de la dirección del flujo. Fue inventada por C.G. Laval de Suecia, por eso también se la llama boquilla Laval.
Cuando esta boquilla se usa en aviones de combate supersónicos, el área crítica y el área de salida deben ajustarse de acuerdo con el estado del vuelo; cuando se usa en motores de cohetes, la proporción del área puede llegar a 7 a 400. La boquilla en forma de campana se usa más comúnmente en los motores de cohetes modernos, con el medio ángulo de salida reducido a 2° ~ 8° y la longitud más corta. También hay varias boquillas anulares más cortas, como boquillas de tapón, boquillas de expansión y desviación, boquillas de retorno y boquillas de advección. Su característica * * * es que el flujo de aire tiene un límite de expansión libre, que se puede ajustar automáticamente con presión externa y, a menudo, está en un estado completamente expandido, pero no se usa ampliamente.
La boquilla ajustable se utiliza principalmente para motores turborreactores de postcombustión o motores turbofan de postcombustión de aviones militares que vuelan a altas velocidades. La relación del área de la boquilla es fácilmente ajustable y puede cambiar según las condiciones de vuelo, a menudo en un estado completamente expandido. Los tipos estructurales incluyen el tipo de barra de equilibrio, el tipo plegable, el tipo pétalo plegable, el tipo cono de manga, etc.
La boquilla eyectora consta de una boquilla principal de convergencia ajustable y un manguito eyector fijo o ajustable. El efecto de expulsión de la corriente principal hace que el flujo secundario fluya entre la columna de aire principal y el manguito de expulsión. El flujo secundario actúa como un colchón de aire contra la corriente principal y limita su expansión. Ajustar el caudal secundario puede controlar el área de flujo de la corriente principal para que alcance o se acerque a la expansión completa. La boquilla del inyector es liviana y de estructura simple. Puede mantener un buen rendimiento en un amplio rango de vuelo y se ha utilizado ampliamente en muchos aviones de alto rendimiento.
La sección transversal de salida de la boquilla bidimensional no es circular, lo que facilita la integración del cuerpo trasero de la aeronave con la boquilla, reduce la resistencia externa y la superficie expuesta de la aeronave, y mejorar el rendimiento y el ocultamiento de la aeronave también puede lograr la inversión del empuje y la marcha atrás para aumentar la maniobrabilidad;
Material de la boquilla La selección del material de la boquilla está estrechamente relacionada con la estructura de la boquilla y el método de enfriamiento. Las aleaciones de alta temperatura a base de níquel se utilizan a menudo en las boquillas de los motores de turbinas de gas, y el acero inoxidable se utiliza en las boquillas de refrigeración regenerativa de los motores de cohetes líquidos. La parte extendida de la boquilla de enfriamiento por radiación está hecha de materiales resistentes al calor, como la aleación de niobio, los materiales compuestos se usan comúnmente en motores de cohetes sólidos, las partes en contacto con el flujo de aire están hechas de materiales resistentes a altas temperaturas o a la corrosión. , y la pared trasera está hecha de materiales aislantes del calor. La capa resistente a altas temperaturas dentro de la garganta que se calienta más en la boquilla se llama revestimiento de la garganta. Metales de alto punto de fusión como el tungsteno y sus aleaciones o materiales de transpiración, cermets, grafito, materiales compuestos de carbono-carbono, etc. se puede utilizar. La parte de entrada está hecha principalmente de material fenólico de grafito o fenólico de carbono. En la sección de salida se utilizan a menudo materiales fenólicos con alto contenido de sílice o fenólicos de carbono.