Количественные графики v, T, p и положения от камеры через сопло до окружающей среды для нескольких канонических современных двигателей?

В этом ответе я показал принципиальную схему базового сопла де Лаваля и репрезентативные графики того, как будут вести себя температура, давление и скорость.

Его можно использовать как приблизительное представление того, как они будут варьироваться от камеры сгорания через расширительное сопло и в окружающее пространство, но не как точный пример и не с какой-либо количественной информацией.

Я только что написал комментарий :

@SteveLinton есть приблизительная оценка 1500ºC в связанном ответе « расширение давления в камере на ~ 100 атм ... », но если ответ с более подробной информацией не может быть найден, это, безусловно, сделает интересным новый вопрос сам по себе. Некоторые количественные графики скорости, температуры, давления в зависимости от положения из камеры через сопло и в окружающую среду для канонического современного двигателя.

Вопрос: Как могут выглядеть количественные графики скорости, температуры, давления в зависимости от положения от камеры через сопло и до окружающей среды для нескольких канонических примеров современных двигателей? Графики должны иметь единицы для вертикальной оси (осей).

ниже: "Характеристики газа вдоль сопла де Лаваля , Т - абсолютная температура; р - давление; v - скорость; М - число Маха" отсюда .

характеристики газа вдоль сопла де Лаваля

Я могу привести несколько графиков SSME на различных уровнях мощности, но не для других двигателей.
@OrganicMarble SSME, безусловно, является каноническим движком.

Ответы (1)

Для ССМЕ:

Я попробовал это; Мне пришлось сделать так много предположений, что это может закончиться для меня забавным упражнением без слишком большой привязки к реальности.

Я получил упорную камеру и геометрию сопла SSME из этой статьи: Прогнозы производительности для конфигурации SSME с увеличенным горлом, но мне пришлось смотреть на них на этих графиках низкого качества:

введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

Вы увидите некоторые колебания на графиках, где я не очень хорошо их разглядел.

Некоторые предположения и (почему они плохие):

  • Изэнтропический поток повсюду (на самом деле не изоэнтропический повсюду)
  • Использовал коэффициент удельной теплоемкости, также известный как гамма для пара (я рассчитал, что выхлоп составляет около 96% пара, 4% несгоревшего H2; для такого анализа 4% не стоит беспокоиться)
  • Жидкость начинает покоиться в камере сгорания (она действительно впрыскивается с нетривиальной скоростью).
  • Процесс сгорания происходит сразу после впрыска и требует нулевой длины (не требует)

Процесс расчета:

  1. Выберите продольную (X) станцию ​​и получите ее радиус из графиков геометрии.
  2. Рассчитайте площадь на этой станции и отношение площадей, используя площадь горловины.
  3. Найдите число Маха, отношение давлений и отношение температур в изоэнтропических блок-схемах для этого соотношения площадей и гаммы. Я не тратил много усилий на интерполяцию здесь, я просто выбрал самый близкий...
  4. Умножьте давление и температуру застоя на соответствующий коэффициент, чтобы получить значение на этой станции.

Итак, учитывая все это, вот результаты.

Ось X на обоих графиках представляет собой расстояние от горловины в дюймах.

Первый показывает геометрию (радиус) зеленым цветом (левая ось Y, единицы измерения в дюймах) и температуру фиолетовым цветом (правая ось Y, единицы измерения градусов R).

введите описание изображения здесь

Второй показывает давление красным цветом (левая ось Y, единицы psi) и скорость синим цветом (правая ось Y, единицы числа Маха).

введите описание изображения здесь

Так что принимайте это с кучей соли. В любом случае тенденции должны быть репрезентативными.

Дополнительные ссылки:

Электронная таблица изоэнтропического потока, загруженная с инженерного веб-сайта Purdue.

Камерные свойства из инструктажа SSME Orientation .

Отлично! Спасибо, что добавили немного осязаемости в тему.
Было весело собираться.
Отличный ответ. Cpropep инструмент, который я использовал в этом ответе, способен рассчитать температуру и давление для заданного соотношения площадей (сверхзвукового и дозвукового) даже с учетом сдвига химического равновесия. Возможно, это не слишком интересно для двигателей Hydrolox, но для углеводородов это обычно весьма актуально, особенно для двигателей низкого давления.
@Кристоф спасибо. Мне было бы интересно вернуться к этому позже и сделать его более реалистичным, этот инструмент, безусловно, поможет.
@OrganicMarble Я думаю, что самый интересный результат, наблюдаемый на этих графиках, - это распределение давления. Видно, насколько незначительной становится осевая составляющая тяги (давление на поверхность раструба) после горловины. Т.е. большая часть тяги обусловлена ​​давлением в камере перед горловиной.
Количественные графики v, T, p и положения от камеры через сопло до окружающей среды для нескольких канонических современных двигателей?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v