Как работает прямоточный двигатель

[zgemm]

GraNiNi в сообщении #1657927 писал(а):

zgemm в сообщении #1657772 писал(а):

фронт горения воздушно-керосиновой смеси - около 7км/с,

Не многовато будет?
Километры с метрами не перепутали?

сейчас у меня нет доступа к данным, из которых я помню, что это около 7км/с. В https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%B4%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8 Википедии пишут:

Цитата:

Минимальная скорость детонации для твердых (конденсированных) взрывчатых веществ 1,2 км/с. Обычная скорость детонации промышленных ВВ 2,5-6,5 км/с, а взрывчатых химических соединений 7-9 км/с. Чем выше скорость детонации, тем выше давление детонации и эффективность действия взрыва.

а фронт горения мелкодисперсно распыленного керосина в воздухе - как раз определяется примерно детонационными свойствами этой смеси.

[amon]

geodx в сообщении #1657672 писал(а):

В простейшем случае прямоточник - это просто трубка. ... Ну... профилированная трубка. Это уже подробности.

Дьявол в подробностях. Если взять трубку, с одной стороны которой отверстие 1 см, а с другой - 10 см, и взорвать в ней что-нибудь, то трубка сдвинется в сторону меньшего отверстия, поскольку перед меньшим отверстием возникнет скачек давления больший, чем перед большим. Дальше начинается гидродинамика сверхзвуковых потоков в трубе, но принцип похож.

[sergey zhukov]

geodx в сообщении #1657842 писал(а):

То есть задача турбокомпрессора в турбине

...сжимать воздух. Думать о том, как там что горит и с какой скоростью, в данном случае не нужно. В камере сгорания рабочее тело просто получает тепло (вообще все равно, как именно оно его получает).

Турбокомпрессор делает абсолютно то же, что и поршень в такте сжатия смеси в поршневом двигателе. Скорость движения воздуха на выходе осевого турбокомпрессора может быть меньше, чем на его входе, и вообще может быть сколь угодно малой. В первую очередь это компрессор. Он сжимает.

-- 08.10.2024, 19:20 --

zgemm в сообщении #1657931 писал(а):

а фронт горения мелкодисперсно распыленного керосина в воздухе - как раз определяется примерно детонационными свойствами этой смеси.

Детонационного горения, если оно может возникнуть, стараются избегать (потому что детонационная волна, которая несет на себе фронт детонационного горения, разрушительна). В любом случае постоянное горение струи топлива, распыляемого в воздух, не бывает детонационным. Скорость фронта пламени в камере сгорания намного ниже. Она в любом случае не выше (а скорее и ниже) скорости воздуха в камере сгорания. Это десятки метров в секунду (такой порядок примерно).

[GraNiNi]

zgemm
Дефлаграционное горение и детонация - это разные вещи.
Горючая смесь, при детонации, может разрушить двигатель.

Скорости детонационной волны (ДВ) в керосино-воздушной смеси - около 1500-2000 м/с.

Здесь об этом кое-что есть:
http://conf.nsc.ru/files/conferences/ni ... Tropin.pdf

[zgemm]

sergey zhukov в сообщении #1657939 писал(а):

Она в любом случае не выше (а скорее и ниже) скорости воздуха в камере сгорания. Это десятки метров в секунду (такой порядок примерно).

хз как у вас, у меня у дрона вентилятор дует на десятки метров в секунду, крутя краем лопасти на 0.8 маха, а то, с чем я сталкивался, когда считал горение в камерах сгорания, так там от 7 скоростей звука было, что совсем не десятки, а пара км в секунду. Да даже в пассажирском аирбусе компрессорные лопатки идут на скоростях около 2км/с. Эх и давно это было, думаю, сейчас все гораздо быстрее летает, да и прямоточку люди тоже стали осваивать.

[GraNiNi]

Обычный прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД).
"Скорость горения топлива в ПВРД контролируется турбулентно-молекулярным смешением горючего с воздухом и составляет 10–12 м/c."

Детонационное горение возможно, но это совсем другая история (другая конструкция двигателя).

"Одна из возможностей повышения эффективности ПВРД при полете ЛА с M0 < 2 и М0 > 5 – организация спинового детонационного горения ТВС в КС [4]. Для этого КС выполняют в виде осесимметричного кольцевого канала с гладкими стенками [5]. Воздух в такую КС поступает в осевом направлении, а топливо подается в виде распределенных радиальных струй в том или ином сечении КС. Горение топлива происходит в одной или нескольких детонационных волнах (ДВ), непрерывно циркулирующих с высокой сверх-звуковой скоростью в кольцевом зазоре КС ниже по течению от пояса подачи горючего. Такое горение называют непрерывно-детонационным, а ПВРД с таким типом горения – детонационным ПВРД (ДПВРД).

Непрерывно-детонационное горение в КС организовано так, чтобы ни горючая смесь, ни продукты детонации не проникали в ВЗУ вверх по потоку. Для условий полета с M0 = 2.0 в расчетах наблюдается устойчивый рабочий процесс с одной ДВ, непрерывно вращающейся в кольцевом зазоре КС. Тангенциальная и осевая составляющие вектора скорости ДВ – около 1900 и 520 м/с, соответственно, что дает значение нормальной скорости детонации ≈1970 м/c."
https://sciencejournals.ru/cgi/getPDF.p ... Frolov.pdf

[geodx]

amon в сообщении #1657933 писал(а):

Если взять трубку, с одной стороны которой отверстие 1 см, а с другой - 10 см, и взорвать в ней что-нибудь, то трубка сдвинется в сторону меньшего отверстия, поскольку перед меньшим отверстием возникнет скачек давления больший, чем перед большим

Дык продукты сгорания полетят в оба отверстия, и в большое, и в маленькое. Из турбины самолета тогда бы немного факела вырывалось вперед, а побольше назад. Но вырывается только назад, а вперед - ничего.


А если сделать так. Берем трубку, подсоединяем шлангом к компрессору. Сбоку впрыскиваем керосин. Полетит трубка или нет? (за вычетом реактивной тяги от струи компрессора, которая и без поджига керосина будет немного тянуть).

Пойдет ли фронт горения по шлангу? Если поток воздуха будет быстрый, то керосин не будет успевать смешиваться с идущим от компрессора воздухом далеко впереди и будет сгорать только в середине трубки и с выхлопом назад.

А если поток будет медленный, то пары керосина проникнут вперед и фронт горения поползет в компрессор.

Получается, что зависит от скорости смешивания керосина с воздухом и скорости набегающего потока? А не от скорости фронта горения?

[sergey zhukov]

zgemm в сообщении #1657967 писал(а):

так там от 7 скоростей звука было

Ну, не знаю, что это такое. Если говорить, скажем, об осевом компрессоре, то он в принципе на сверхзвуковой скорости потока не работает (т.н. запирание компрессора). А в камере сгорания скорость воздуха делают еще ниже для того, чтобы пламя не сдувало.

-- 09.10.2024, 08:04 --

geodx в сообщении #1657994 писал(а):

Полетит трубка или нет?

Если и полетит, то только потому, что ее шланг потянет. Не потянет - не полетит. Вы разве не понимаете, что труба вообще не может никуда полететь? Вот газ внутри нее может лететь куда угодно, но как он заставит лететь трубу? Разве что трением о ее стенки, так это и то она должна полететь вслед за потоком газа, а не наоборот.

И не нужно пытаться представить, как ПВРД или турбореактивный двигатель начинают работать в неподвижном воздухе. Т.к. в этом случае они и не работают. Турбореактивный двигатель сначала стартером нужно раскрутить, а потом поджигать (и продолжать еще крутить стартером и дальше, пока обороты не наберет). А ПВРД не даром нужно сначала разогнать, а потом поджигать. И ничего вперед тогда не пойдет, ибо оно все с самого начала уже летит назад.

[amon]

geodx в сообщении #1657994 писал(а):

Полетит трубка или нет?

Любой авиационный двигатель создает тягу за счет разности давлений на каких-то своих частях - на пропеллере для винтового, на турбинных лопатках и стенках для турбореактивного, на стенках для реактивного. "Реактивная сила", считаемая по формуле Мещерского, это способ оценить эту разность давлений не углубляясь в дебри гидродинамики, дающая иногда правильную (для реактивных двигателей), а иногда - не очень (для винтовых) оценку тяги двигателя. Прямая тонкостенная цилиндрическая труба, открытая с обоих концов, не может создать ощутимой тяги, поскольку сила давления перпендикулярна стенке.

geodx в сообщении #1657994 писал(а):

Дык продукты сгорания полетят в оба отверстия

Для неподвижной трубы - полетят. Если маленькую дырочку периодически затыкать, что-то взрывать, а потом открывать чтобы напустить воздух, то получится пульсирующий реактивный двигатель. В прямоточном двигателе дырочка все время "заткнута" особенностями сверхзвукового протекания газа по трубе. В детали вдаваться не хочется, придется формулы писать, а лень. Тяга создается давлением газа на корпус двигателя и дюзу.

sergey zhukov в сообщении #1657995 писал(а):

так там от 7 скоростей звука было

Речь, видимо, о линейной скорости конца турбинной лопатки.

[drzewo]

(Оффтоп)

amon в сообщении #1658052 писал(а):

Любой авиационный двигатель создает тягу за счет разности давлений на каких-то своих частях - на пропеллере для винтового, на турбинных лопатках и стенках для турбореактивного, на стенках для реактивного. "Реактивная сила"

Предположим у нас имеется тело $M$ с поверхностью $\partial M$ и пусть $\boldsymbol n$ -- единичный вектор внешней нормали. Предположим, что через поверхность $\partial M$ в тело втекает и вытекает сплошная среда плотности $\rho(x)$ и полем скоростей (относительно тела) $\boldsymbol v(x)$. Тогда реактивная сила, действующая на элемент поверхности $ds$ вычисляется по формуе

$$d\boldsymbol F=-\rho\boldsymbol v(\boldsymbol v,\boldsymbol n)ds.$$

Насколько этот агрегат можно считать силой -- это отдельный философский вопрос по моему. Однако, эта формула используется не только при расчете ракет но и, например, в этой задаче
https://dxdy.ru/topic158794.html Т.е. это нечто весьма универсальное.

[zykov]

drzewo в сообщении #1658054 писал(а):

Насколько этот агрегат можно считать силой

Это закон сохранения импульса.
Сила, как писали, прикладывается в другом месте давлением. Суммарный импульс сохраняется.

[sergey zhukov]

drzewo
Вопрос выбора поверхности интегрирования. Если говорить о поверхности трубки - то сила, действующая на трубку - это только интеграл давления по поверхности. Если брать воображаемую поверхность, проходящую в том числе по свободному пространству (типа внешняя поверхность трубки и ее торцы) - то тут нужно суммировать интеграл давления по поверхности и "конвективный" перенос импульса через поверхность.

[zgemm]

sergey zhukov в сообщении #1657995 писал(а):

zgemm в сообщении #1657967 писал(а):

так там от 7 скоростей звука было

Ну, не знаю, что это такое. Если говорить, скажем, об осевом компрессоре, то он в принципе на сверхзвуковой скорости потока не работает (т.н. запирание компрессора).

я же говорю не о скорости набегающего потока в компрессоре, а о скорости, которая локально в районе лопаток этого компрессора наблюдается. В обычном аирбасовском турбофане как раз в районе краешек лопаток около 2 км/с. Сколько сейчас - не знаю, давно не в теме, но ИМХО, примерно столько же.

[amon]

(Оффтоп)

drzewo в сообщении #1658054 писал(а):

Тогда реактивная сила, действующая на элемент поверхности $ds$ вычисляется по формуе

$$d\boldsymbol F=-\rho\boldsymbol v(\boldsymbol v,\boldsymbol n)ds.$$

С этим никто и не спорит. Беда начинается, когда кроме реактивной есть другие аэродинамические силы. Во времена оны считали мы (в порядке выполнения хоздоговора, как это тогда называлось) вертолетные винты. Из вычислительных инструментов, кроме бумаги, логарифмической линейки и таблиц логарифмов, в нашем распоряжении была ЭВМ ЕС-1030 с 256-ю килобайтами оперативной памяти. Ясно, что никаких гидродинамических расчетов на этом пепелаце провести было невозможно. Поэтому мы пользовались "моделью активного диска", фактически считая винт реактивным двигателем с мелкими поправками на гидродинамику. Результат расходился со стендовыми испытаниями раза в два в сторону завышения потребной мощности в режиме висения. Заказчиков это вполне устраивало:
-Считайте, ребята, считайте. Если у вас полетело, то у нас точно полетит!