Сопло лаваля для охлаждения воздуха в системе вентиляции – Исследование сопла Лаваля

Исследование сопла Лаваля

Цель работы

Выполнить численное моделирование движения воздушного потока внутри сопла Лаваля.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

• создать 3D модель сопла

• выполнить продувку сопла с помощью SW Flow Simulation

• проанализировать полученные результаты

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Сопло Лаваля (или сужающееся-расширяющееся сопло) представляет собой канал, суженный в середине, имеющий вид песочных часов. Служит для ускорения газового потока, проходящего через него, до скоростей выше скорости звука. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных двигателей.

Сопло было разработано в 1890 г. веке шведским изобретателем Гюставом де Лавалем.

Работа сопла основана на различных свойствах газового потока на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Скорость дозвукового потока будет увеличиваться по мере сужения канала, так как массовый расход является постоянным. Поток газа в в сопле Лаваля является изоэнтропным (энтропия газа примерно постоянна). На дозвуковых скоростях газовый поток является сжимаемым; звук (волна малого давления), будет распространяться через такой поток. Вблизи «горлышка» сопла, где площадь сечения наименьшая, локальная скорость газа становится звуковой (число Маха М =1) Как только площадь сечения сопла начинает увеличиваться, газ продолжает расширяться и газовый поток ускоряется до сверхзвуковых скоростей, где звуковая волна не проходит в обратную сторону через газ (М > 1).

Сопло Лаваля будет действовать лишь в том случае, если массовый расход через сопло достаточен, в противном случае сверхзвуковая скорость достигнута не будет. К тому же, давление газа на выходе из расширяющейся части сопла не должно быть слишком малым. Так как давление не может передаваться против сверхзвукового течения, выходное давление может быть значительно ниже давления окружающей среды в которую истекает газ, но если оно слишком мало, тогда поток перестанет быть сверхзвуковым, либо поток будет разделяться в расширяющейся части сопла, образуя нестабильный поток, который может «хлопать» в сопле, и вызвать его повреждения. На практике, давление окружающей среды должно быть не более, чем в 2,7 раза выше давления в сверхзвуковом газе, при этом условии сверхзвуковой поток сможет покинуть сопло.

Для математического описания движения газа используется уравнение состояния идеального газа и уравнение Эйлера. Из них можно вывести такое ключевое уравнение:

(1)

где величины ихарактеризуют относительную степень изменяемости по координатех плотности газа и его скорости соответственно. Причем уравнение (1) показывает, что соотношение между этими величинами равно квадрату числа Маха (знак минус означает противоположную направленность изменений: при возрастании скорости плотность убывает). Таким образом, на дозвуковых скоростях (М < 1) плотность меняется в меньшей степени, чем скорость, а на сверхзвуковых (M > 1) – наоборот. Как будет видно дальше, это и определяет сужающуюся-расширяющуюся форму сопла.

Поскольку массовый расход газа постоянен:

,

где A – площадь местного сечения сопла, то

.

дифференцируя обе части этого уравнения по х, получаем:

(2)

После подстановки из (1) в (2), получаем окончательно:

(3)

Из (3) видно, что при увеличении скорости газа в сопле знак выражения положителен и, следовательно, знак производнойопределяется знаком выражения.

Из чего можно сделать следующие выводы:

• При дозвуковой скорости газа (M < 1), производная  – сопло сужается

• При сверхзвуковой скорости газа (M > 1), производная  – сопло расширяется.

• При движении газа со скоростью звука (M = 1), производная – площадь поперечного сечения достигаетэкстремума, то есть имеет место самое узкое сечение сопла, называемое критическим.

Итак, на сужающемся, докритическом участке сопла движение газа происходит с дозвуковыми скоростями. В самом узком, критическом сечении сопла локальная скорость газа достигает звуковой. На расширяющемся, закритическом участке, газовый поток движется со сверхзвуковыми скоростями.

Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70%, что значительно превосходит КПД реальных тепловых двигателей других типов. Это объясняется тем, что рабочее тело не передаёт механическую энергию никакому посреднику (поршню или лопастям турбины). В других тепловых двигателях на этой передаче имеют место значительные потери. Кроме того, газ, проходя через сопло на большой скорости, не успевает передать его стенкам заметное количество тепловой энергии, что позволяет считать процесс адиабатическим. У реальных тепловых двигателей других типов нагрев конструкции составляет существенную часть потерь. Автомобильный двигатель, например, работает больше на радиатор охлаждения, чем на выходной вал.

Иллюстрация работы сопла Лаваля. По мере движения газа по соплу, его абсолютная температура Т и давление p снижаются, а скорость V возрастает

Порядок выполнения работы

1. Создание твердотельной модели сопла в SW:

Порядок создания модели сопла:

→

Рисуем ось длиной 100 мм

Рисуем сплайном контур сопла

→

Замыкаем контур двумя отрезками

Форма сплайна задается произвольно, главное, чтобы по форме контур сплайна был похож на сопло Лаваля.

2. Продувка сопла:

Последовательность продувки такая же, как в предыдущей работе.

Сначала с помощью мастера проекта задаются общие параметры численного эксперимента, такие как тип задачи (внутренняя), тип текучей среды (воздух, с большими числами Маха) и т.д. Большинство параметров остаются такими же, как они заданы по умолчанию.

Задаются граничные условия:

Вход: тип – «Расход/Скорость» и «Скорость на входе», величина скорости 200 м/с.

Выход: тип – «Давление» и «Давление окружающей среды».

Цели расчета можно не задавать.

Запуск расчета. Процесс расчета можно приостановить, чтобы понаблюдать за сходимостью решения.

3. Анализ полученных результатов:

Строятся следующие картины в сечениях:

Картина давления на поверхности сопла:

Траектории потока:

Также средствами Flow Simulation можно построить графики, показывающие распределение какого-либо параметра вдоль оси, а потом экспортировать эти графики в MS Excel.

Предварительно строим осевую линию сопла как трехмерный эскиз . Длина осевой линии равна длине сопла, т.е. 100 мм.

График изменения скорости по длине сопла График изменения давления по длине сопла

График изменения температуры по длине сопла График изменения числа Маха по длине сопла

Контрольные вопросы

1. Что такое сопло Лаваля?

2. В каких устройствах сопло Лаваля нашло применение?

3. В чем принцип работы сопла?

4. Условия функционирования сопла?

5. На чем основывается математическое описание процессов, происходящих в сопле?

6. В чем физический смысл уравнений (1) и (3)?

7. Что такое докритический, критический и закритический участки?

8. Чему равен КПД сопла Лаваля?

9. Согласуются ли результаты решения с теоретическими данными? Показать на конкретных примерах.

Самостоятельная работа №3

studfiles.net

4. Сопло Лаваля. Конструкция и режимы его работы

Сверхзвуковая скорость WW_зв. может быть получена в сопле, состоящем из суживающейся и расширяющейся части. Такое сопло называется соплом Лаваля по имени его создателя (рис.1).

Рисунок 1

Сужающаяся часть служит для ускорения дозвукового потока газа.

В соответствии с уравнением Гюгонио, в сужающейся части газ может разогнаться до критической скорости в самом узком сечении, в критическом. В расширяющейся части должно происходить дальнейшее ускорение газа до сверхзвуковых скоростей. Течение газа в сужающейся части подчиняется тем же законам, что и в простом сопле.

Режим работы сопла Лаваля

При Р₁=Р_а (атмосферном давлении) движения газа нет. С увеличением Р₁ перед соплом скорости вдоль всего сопла дозвуковые, т. е. скорость в расширяющейся части падает, а давление растет.

Дальнейшее повышение давления перед соплом приводит к тому, что за горловиной скорость газа становится выше скорости звука и давление его падает.

При достаточно высоком значении Р₁ давления хватает ровно настолько, чтобы к выходу из сопла давление плавно выровнялось с атмосферным. Вместе с непрерывным падением давления непрерывно растет скорость. Режим при котором в свехзвуковом сопле происходит непрерывное уменьшение давления от Р₁ до Р_а называется расчетным. Для конкретного сопла существует единственное значение , при котором оно работает в расчетном режиме и Р₂=Р_а.

Режимы, при которых относительное давление слишком велико, чтобы обеспечить сверхзвуковую скорость именно на срезе сопла называют нерасчетными, а сопла, работающие в этих режимах – перерасширенными.

Обычно сужающуюся и расширяющуюся части сопла Лаваля выполняют коническими. Сопряжение конусов закругляют так, чтобы проходное сечение было равно критическому. Центральный угол сужения не имеет существенного значения и обычно равен 60–90⁰. Угол раскрытия расширяющейся части предусматривают 8–12⁰.

Сопла Лаваля рассчитывают таким образом, чтобы скорость в самом узком сечении его была критической, а в расширяющейся части превосходила звуковую, постепенно возрастая по мере приближения к выходному отверстию сопла. Если скорость в критическом сечении сопла f_кр. будет меньше критической, то в расширяющейся части будет уменьшаться, а не увеличиваться, т. е. будет изменяться также, как и в обычном сопле.

В сопле Лаваля выравнивание (уменьшение) давления в критическом сечении до Р_а происходит не за соплом, а в расширяющейся части сопла, и сопровождается увеличением скорости истечения. Соответственно возрастает кинетическая энергия струи, которая используется для совершенствования полезной работы. В этом преимущество сопла Лаваля перед обычным соплом.

Максимум полезно используемой энергии достигается при условии, что длина расширяющейся части сопла Лаваля не больше и не меньше, чем это требуется для полного выравнивания (уменьшения) давления.

Если это условие не выполняется, то эффективность применения сопла Лаваля уменьшается. Характеристики истечения из сопла Лаваля:

Скорость,м/с

; (1.47)

масса, кг/с

; (1.48)

площадь сечения, м²

. (1.49)

Сопла Лаваля широко применяются в металлургии, например при создании кислородных фурм для конверторов.

studfiles.net

soplo

soplo

Продолжим:

 Прошел год. Вынужден признать, что конструкция, в том виде , в котором она здесь выложена, не работает. Не хватает, например, обязательного вращения вокруг продольной оси результирующего вектора магнитной индукции. И как это сделать, пока не знаю. То ли гармоники накладывать на токи основных катушек, то ли дополнительные катушки громоздить. Короче, вынужден признать – что-то не так. Ну, я уже давно этим занимаюсь,  так что меня уже трудно чем-либо разочаровать. Поэтому не останавливаемся, а идем дальше.

На Матриксе один посетитель (только два сообщения и оба мне) мне написал такой пост:
#47 polni
Вы на верном пути, но движетесь в обратном направлении. На самом деле как только Вы начинаете усложнять ,то отдаляетесь от решения. Реально все очень просто, но Вам мешает образование, нужно отказаться от навязанных нам правил. К сожалению объяснить Вам суть не имею права.

Да я и внимания-то не обратил, мало ли таких сообщений разные умники пишут. А тут на глаза очередной раз попалась и что-то зацепило и стал задумываться.

Быть на верном пути – это значит, что выбор пути построения электромагнитного тороидального вихря – это верно. А вот методика – неверна. И ведет к удалению от результата. А все почему – от Большого Ума – от образования. Тесла крутил поле и мы давай покрутим. А ведь все на самом деле гораздо проще.

Торнадо-технологии – они уже существуют. И есть установки, которые работают как генераторы СЕ, но фактически работают на поглощении тепла окружающего пространства, т.е. являются вечными двигателями второго рода. Вот например эти установки:

 

Вот небольшой ролик: “Молекулярный двигатель Потапова” http://www.youtube.com/watch?v=X0oqnh40Ock Посмотрите!

Установка МАЗЕНАУЭРА.

Перевод подписи к этой установке:

Принцип работы устройства:
      Вначале турбина разгоняется до определённой скорости. Воздух засасывается со стороны меньшего диаметра турбины , проходит внутрь и сжимается в коническую спираль. Для этого требуется какая-то энергия. После прохождения сужения двойного конуса ротора, сжатый воздух расширяется, его объём увеличивается и он продвигается далее по винтовым траекториям. При расширении воздуха его температура падает, отбирается тепло от окружающей среды при контакте со стенками турбины . Упомянутое расширение происходит на всём пути вплоть до выхода воздуха со стороны большего диаметра , куда засасывается воздух через отверстие меньшего диаметра турбины по траектории спирали, свойственной природному естественному движению. Таким образом, существующие природные энергии, введенный в движение процесс, подобно торнадо, общая энергия на стороне всасывания вихря обеспечивает больше энергии, чем требуется для сжатия воздуха на стороне нагнетания. В механическом приводе на раскрутку конструкции более нет необходимости (электрический стартер может быть отключен). Начинается самоподдержка, скорость вращения может повышаться вплоть до разрушения конструкции. (Хайнц Мазенауэр в начале не знал об этой особенности и не был к этому готов. Поэтому он  потерял около 1,5 млн. швейцарских франков  при разрушении своих дорогих прототипов). Но с помощью простых технических приёмов огромный потенциал турбины может управляться очень даже хорошо и предотвратить её разрушение довольно легко.       

 

Торнадо устроено гораздо сложнее, чем в ранее предлагаемой мной конструкции. Пришлось изучать тему. Чтобы легче было понять мои дальнейшие рассуждения очень Вас прошу изучить сайт Евгения Арсентьева, который посвящен торнадо технологиям.

Вот ссылка: Дана не главная страница, а сразу где про Генератор.

http://evgars.com/true.htm

Убедительно прошу – почитайте. Иначе Вам меня будет трудно понять и много материала мне бы пришлось переносить сюда и сильно загромоздить страницу.

Почитали……

И вот здесь приходит понимание, что в основу торнадо- технологий может быть положена работа такого замечательно устройства, как СОПЛО ЛАВАЛЯ. Главным, замечательным свойством этого устройсва является явление ИМПЛОЗИИ – поглощение энергии внешней среды. В нашем случае в виде тепла.

Вот, что пишет Википедия по этому поводу:

«Сопло́ Лава́ля — газовый канал особого профиля, разгоняющий проходящий по нему газовый поток до сверхзвуковых скоростей. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных авиационных двигателей.
Сопло представляет собой канал, суженный в середине. В простейшем случае такое сопло может состоять из пары усечённых конусов, сопряжённых узкими концами. Эффективные сопла современных ракетных двигателей профилируются на основании газодинамических расчётов.»
И вот еще, важно:

«Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию его направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70 %, что значительно превосходит КПД реальных тепловых двигателей всех других типов. Это объясняется тем, что рабочее тело не передаёт механическую энергию никакому посреднику (поршню или лопастям турбины). В других тепловых двигателях на этой передаче имеют место значительные потери. Кроме того, газ, проходя через сопло на значительной скорости, не успевает передать его стенкам заметное количество своей тепловой энергии, что позволяет считать процесс адиабатическим. У реальных тепловых двигателей других типов нагрев конструкции составляет существенную часть потерь. Автомобильный двигатель, например, работает больше на радиатор охлаждения, чем на выходной вал.»

 

А вот знаменитое устройство Виктора Шаубергера. Обратите внимание (кто этим занимается, тот знает), что трубки слегка сплюснуты, а сама приплюснутость вдоль трубки имен спиральную структуру.

 

Арсеньтев пишет, что если бы Шаубергер  знал, что эта его конструкция и есть сопло Лаваля, и оно уже само по себе обладает всеми необходимыми качествами, то не стал бы мучится с навиванием трубок  – не  было бы необходимости. Просто сопло дало бы тот же эффект. То есть жидкость в этом сопле закрутилась бы сама по себе в нужную структуру.

Может быть, а может и нет…… Поглядим.

Сайт Арсентьева посвящен газовой и гидравлической динамике Торнадо.

Но мы-то с Вами хотим получить электромагнитное торнадо – торроидальное магнитное поле.
Почему бы для этих целей не использовать те же замечательные свойства СОПЛА ЛАВАЛЯ. Ведь эфир, по принимаемому нами положению, имеет газоподобную структуру.

В тех устройствах, представленных Арсентьевым, в сердцевине трроидального вихря лежит СОПЛО ЛАВАЛЯ.

Попробуем это СОПЛО ЛАВАЛЯ – ФОРМУ СОПЛА ЛАВАЛЯ  использовать в качестве сердечнику для намотки катушки:

Чтобы газовые потоки, – а в нашем случае силовые линии магнитного поля – имели конфигурацию как вот на этой картинке: (черным примерные линии намотки провода)

 

Намотка должна осуществляться по следующей траектории:

С ворзвратом витка через центральный канал. Это по моему мнению. Получается многозаходная спиральная катушка. В нашем случае показана двухзаходная. По моему этого может хватить.

Такая намотка работает как чистое сопло.

 А можно противоположный вид намотки пробовать, когда уплотнение витков делается по краям катушки, а центре они практически параллельны оси.

Но у Шаубергера и в установке Мазенауэра мы все таки видим разбиение потоков на закрученные струи. Тогда в нашем случае, сначала из обмоточной проволки нужно сделать «генераторы магнитных струй». А затем еще и саами «струи» слегка закрутить. Мне почему-то думается, что возврат через центральный канал должен делаться именно закрученным проводом, чтобы магнитное поле возврата не мешало, его нужно”спрятать” вовнутрь закрученного в катушку провода.

Поэтому поводу есть очень, очень любопытный материал:
«ИГРА В БУБЛИКИ» посмотрите в обязательном порядке. На рис. видно, что намотка сделана не просто проводом, а закрученным проводом.

http://x-faq.ru/index.php?topic=181.15
 
Там надо загрузить файл в PDF формате

Вид торнадо изнутри:

Короче, будем наматывать катушки Во всех видах и пробовать.
Есть еще вопрос как эту катушку запуститьь – просто подсоединить к генератору частот и пройтись по частотам? Это вопрос к электронщикам – кто понимает. Направления винтов, намоток, токов, полей и т.д,что очень важно – это потом, на практике.

Маленький токарный станок по дереву «Умелые Руки» у меня есть. На даче валяется. Сердечники деревянные точить.  Еще нужна бормашинка, чтобы делать криволинейные канавки для обмотки на кривой поверхности. У меня тоже есть. Купил давно еще китайскую в интернете – 1500 р.  Сами боры в магазинах для стоматологов.  Весной заеду жить на дачу – буду заниматься. Может кто – то ужу сделает и получит результат. Пишите…. Не стесняйтесь….

Помните, когда Тесла демонстрировал свой автомобиль, который питался от маленькой коробочки. Ему задали вопрос, откуда он получает энергию. Помните, что он ответил? «Я охлаждаю эфир», – ответил великий ученый.

Почему он не запатентовал это устройство? А какой смысл патентовать то, что может повторить любой частник у себя в гараже. Может еще что……

 

 Продолжим:

Поискал по сети про конусные катушки и ничего толкового не нашел. Странно. Вот это видео, нужно посмотреть.

https://www.youtube.com/watch?v=iYNDgaVEPgA

Здесь имеются две ключевые фразы.
1.Чувствуется эффект давления на ладонь некого потока.
2.Чувствуется эффект охлаждения.

Давайте посмотрим следующую конструкцию.

 

На первый взгляд – Это обычная торроидальная катушка. Но без внутреннего жесткого сердечника. Из жестких элементов – это верхнее и нижнее кольцо. Например из фанеры. По периметру наружного и внутреннего кольца наносим небольшие выреза, ну скажем 1х1мм, для того, чтобы обмотка не болталась. Для жесткости и удобства намотки можно между кольцами закрепить временно 4-6 стоек, которые затем убираются, через провода об отки. А может и не стоит, пусть внутри остаются.
Намотали торроидальную катушку, причем не виток к витку , а с шагом. И начинаем внешнее и нижнее кольца  вращать относительно оси навстречу друг другу Конфигурация будет меняться и начнет получаться линейчатый гиперболоид.

У этого гиперболоида косоугольная намотка. Не надо путать с катушкой Родина, там принципы другие.

Косая намотка обеспечивает спирально-вихревое движение магнитного потока к центру образовавшегося сопла.
Для получения  полноценного сопла Лаваля нужно, чтобы диаметры верхнего и нижнего основания были разные, как на рис.

Что еще мне нравится в этой конструкции, так это то, что диаметр сопла можно подбирать вращением.
Если мы считаем, что ЭФИР имеет газоподобную структуру, то при прохождении сопла, при адиабатическом расширении будет наблюдаться отбор температуры из окружающей среды с ростом энергии магнитного пол катушки. При закольцовывании силовых лини на себя образуется тор с наружным магнитным потоком, набирающий энергию,  до некоторого критического состояния, в зависимости от начальных параметров.
Сам еще не делал. Сделаем……!!!!!

 

Продолжим:

Когда-то я подолгу сиживал на кухне, наливал в мойку воду и часами пялился как образуется воронка и как она себя ведет, когда сливаешь воду через выпускное отверстие.
Тогда я обратил внимание на такое явление. Когда образуется устойчивый вихрь, вся система начинает вращаться в сторону противоположную направлению закручивания спирали вихря. То есть: рукава закручиваются в одну сторону, а сам вихрь вращается в противоположную.
Эта картинка наглядно показана на анимации. См.мой предыдущий пост. Вроде выглядит как-то против логики. Меня, когда я проводил наблюдения, это очень удивляло. Но видимо так и должно быть. Система, как бы, «зачерпывает» со стороны входа в вихрь среду, в которой она работает. Посмотрите на «запчасть» установки Шаубергера. Все наглядно. Сразу понятно в какую сторону она должна вращаться.
Короче, катушку мы сообразили как намотать. И мы получим форму. Но еще, все это нужно наполнить содержанием. Если мы все это тупо подключим к источнику питания, мы получим устойчивое статическое магнитное поле, как у обычной катушки.
Необходимо чтобы вся система еще и вращалась. Как это сделать. Первое что напрашивается – посадить все это на ось моторчика и крутить,  крутить, крутить… Может быть, хотя думается что это неверное решение.  Сколько  выдаст самый скоростной двигатель. Например, от гироскопа. Ну сто, ну двести об\мин. Этого явно мало. Да и вообще, механическая тема – это вчерашний день, не стоит заморачиваться. Хотя, может и стоит попробовать. Чем черт не шутит…
И вот здесь нужно обратиться к теме «TPU Стивена Марка». Ребята-электронщики ( я не электронщик), которые уже годами этим занимаются давно решили проблему вращения. Все это решено, там мегагерцовые частоты.  Но результата нет!  А все почему. Неверно выбрана форма. У них тор (бублик). Но тор, да не тот. Содержание есть – формы нет. У нас есть форма – содержания нет. Надо объединить форму и содержание!
Короче, нашу катушку нужно разбить на несколько катушек  – на сегменты. У ТПУ их четыре. Может нужно пять или шесть, а может достаточно трех. И подключить эти катушки к электронике ТПУ. Подключение так, чтобы направление вращения было против закручивающейся к центу спирали вектора магнитной индукции. С лицендратом заморачиваться не нужно. Съем потенциала можно осуществлять (и нужно, для торможения) с наружного магнитного потока на обычную кольцевую катушку.
Как-то так….

Продолжим:
Все эти рассуждения про ТПУ и вращение – хрень полная. Вихрь, если он образуется, будет вращаться самостоятельно. В крайнем случае можно всю конструкцию посадить на ось  двигателя. Да и вообще, нужно понимать, что катушка, которую я пытаюсь сформировать – это не катушка индуктивности, в понимании электронщика, а это, если хотите, устройство ( гаджет, девайс) для получения магнитного поля заданной конфигурации.
 Вот здесь еще раз вернемся к важнейшим определениям, заданным в учении «Калагия»

В «Калагии» есть две очень важных фундаментальных аксиомы, необходимые для построения устойчивой энергетической структуры:

«Так при центростремительном движении энергии Материя (Пространство) уплотняется, а плотность Времени разряжается в Центре Движения Огня. В Окружности Влияния Энергии в этом случае Материя (Пространство) разряжается, а плотность Времени нагнетается; за Окружностью Влияния Энергии Материя (Пространство) уплотняется, а плотность Времени разряжается.»

«При центробежном движении Энергии Материя (Пространство) разряжается, а плотность Времени нагнетается в Центре Движения Огня. В Окружности Влияния Энергии в этом случае Материя (Пространство) уплотняется, а плотность Времени разряжается; за Окружностью Влияния Энергии Материя (Пространства) разряжается, а плотность Времени нагнетается»

В  моём понимании движение заряда или электрический ток  - это Компонента Времени, а траектория силовых линий магнитного поля – это Компонента Пространства.
А вот с пониманием Энергия – ТУТ ВОПРОС. Энергия – это Энергия. Не знаю, что это такое. Да и вряд ли кто знает. В Калагии говорится, что это взаимодействие нескольких составляющих. Мы пользуемся электричеством – это грубая энергия. Есть более тонкие виды. Например энергия пространственного огня, который плотно и надежно упакован в пространственно-временных микролептонах.
Достать это вид энергии проблематично, если не знать как. Когда-нибудь мы будем смеяться над собой, называя себя придурками, которые не могли додуматься до святой простоты. Ну, а пока не додумались, остаемся придурками и размышляем. Ну, а что делать?. Какой выход?…

Смотрим на турбину Мозенауэра. Понимая, что это рабочая модель сверхединичного устройства. Эта турбина создает тороидальный вихрь, получающий дополнительную энергию, благодаря явлению под названием ЭМПЛОЗИЯ. Что-то типа микровзрыва, происходящего в самой узкой точке турбины. Только Взрыв этот вакуумный. Не стоит размышлять над вопросом какого уровня эта энергия. Можно башку сломать и ничего не добиться. Нужно понять, что в этой точке происходит уплотнение (концентрация) энергии. Главное правильно поймать траектории и скорости. Таким образом есть понимание, что явление ЭМПЛОЗИИ ЕСТЬ ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ!!! То есть ДВИЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ К ЦЕНТРУ. Происходит ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ.

Чтобы решить эту задачу для ПРОСТАНСТВА И ВРЕМЕНИ применим наши электромагнитные компоненты.
Предлагается использовать предложенную ранее закрученную тороидальную катушку, но с траекторией закрутки как на этом рисунке. Как это сделать технически – надо придумать. Не думаю, что это сложно.

То есть, в центре все провода собираются в  катушку с продольными проводами (ВРЕМЯ РАЗРЕЖАЕТСЯ). Технологию закрутки разработать не сложно. Траектория магнитного поля имеет характер закрученного (ПРОСТРАНСТВО УПЛОТНЯЕТСЯ.) Все магнитное поле собрано центре канала торроида и максимально уплотнено.
Очевидно, что окружность торроида и есть ОКРУЖНОСТЬ ВЛИЯНИЯ ЭНЕРГИИ. В  этой окружности пространственные токи уплотняются в концентрические окружности, а магнитные линии поперёк.

Если при   ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ ЭНЕРГИИ Энергия идет от окружности влияния к центру, то при ЦЕНТРОБЕЖНОМ ДВИЖЕНИИ ЭНЕРГИИ энергия идет от центра. Микровзрыв, но не вакуумный, как в первом случае, а обычный Следовательно, в соответствии с представленной здесь логикой выделение (в «Калагии» применяется термин – высвобождение) энергии должно происходить в «центре движения огня». Лично мне эта тема с высвобождением энергии более по душе, чем тема с поглощением. Траектория проводов катушки должна быть зеркально противоположной.

А насчет питания. Предполагаю, что питание должно быть импульсным. Какая частота? Пока не знаю….

 

Продолжим:

 

Вот кручу я в башке последнюю картинку и чувствую, что это не то. Тем более что из головы не выходит вот этот рисунок из «Калагии».

Я писал, что меня первый вариант с поглощением энергии не особо интересует. Почему? Потому, что торнадо поглощает энергию окружающего пространства, которая идет на раскрутку и концентрацию энергии самого торнадо. Чтобы получать энергию в промышленных масштабах, объем конструкции, вероятно, должен быть внушительным. И контролировать процесс,  чтобы он не шел в разнос не просто. Короче, эта хрень обладает большой разрушительной силой.

А вот вариант с выделение,  высвобождением, энергии пространства считаю наиболее перспективным. По моим подсчетам, кстати, цифры совпадают с расчетами В.А.Ацюковского,  в пространстве скрыто немыслимое количество энергии. Если немного отщипнем – не убудет.

Устройство, которое предлагалось мной, дуиаю, что не верное. Я просто пошел по логическому пути. Это не верно. Конструкция должна быть принципиально другая. Короче, девайс для высвобождения энергии из вакуума состоит из двух конусных катушек.

Сначала мотается бессердечниковая тороидальная катушка в виде усеченного конуса, используя только верхнее и нижнее кольцо с гребенкой для фиксации проводов обмотки. Вторая, точно такая же катушка мотается так, чтобы конуса пересекались в средине. То есть провода второй катушки мотаются сквозь провода первой. После этого закручиваем катушки в конуса так чтобы у основания конуса провода практически оставались незакрученными, а наибольшее закручивание приходилось на горлышко. У нас получится две катушки, как бы вставленными в друг друга. Причем винты закрутки этих катушек противоположные.

Направление токов по внешней поверхности и геометрия магнитного поля как на рисунке.

 

Направления всех винтов соответствует друг другу. То есть винты пространственных токов закручены так, что переходят в друг друга. Рисовать это не хочу. Если интересует, отследите это мысленно. Винты магнитного поля также закручены так, что замкнуты сами на себя.
В месте пересечения конусов (кольцо пересечения) и будет происходить высвобождение энергии.   Почему это происходит. У меня такая теория. Конуса это как бы насадки брансбойта. На выходе из конуса магнитный поток увеличивает свою скоростную характеристику и  энергетику и тут же попадает во второй конус. Общая напряженность магнитного поля всей системы будет больше расчетной и , следовательно излишки энергии должны куда-то деваться. Высвобождение энергии может, например, проявляться в виде тепла или еще как-нибудь. Как это будет выглядеть на практике пока не знаю….

Было бы эффективнее закручивать не совсем конуса а вот такую конструкцию.

Продолжаем:

В эзотерике есть такое понятие – Меркаба.  Эзотерические умники рассказывают, что это звезда-тетраэдрон, состоящая из двух разновращающихся и вставленных в друг друга тетраэдров. Вот картинка:

А в «Калагии» вот такой рисунок. Тут, как видите уже четырехгранные пирамидки.

У меня, как вы понимаете, это два конуса. Но сути это не меняет.

В «Калагии»  через все учение красной нитью проходит утверждение, что в основе всех микро и макро – построений лежит бинарный принцип. Это когда целое состоит из двух взаимозначимых составляющих. Например, у нашей планеты есть двойник, как и у всех планет. У каждого человека есть двойник. Меркаба – это и есть бинарное построение. Я такие конуса воронки делал, но ничего не получалось, потому, что каждая воронка всегда мной рассматривалась как отдельный объект. Но меркаба будет работать, когда ее целостность состоит из двух взаимозависимых подобных составляющих, которые по отдельности не работают, в смысле не дают нужного результата.

А какой нам нужен результат? Необходимо претворить в жизнь вот эти два ключевых определения, данных в Калагии – две ключевые аксиомы:

«Так при центростремительном движении энергии Материя (Пространство) уплотняется, а плотность Времени разряжается в Центре Движения Огня. В Окружности Влияния Энергии в этом случае Материя (Пространство) разряжается, а плотность Времени нагнетается; за Окружностью Влияния Энергии Материя (Пространство) уплотняется, а плотность Времени разряжается.»

«При центробежном движении Энергии Материя (Пространство) разряжается, а плотность Времени нагнетается в Центре Движения Огня. В Окружности Влияния Энергии в этом случае Материя (Пространство) уплотняется, а плотность Времени разряжается; за Окружностью Влияния Энергии Материя (Пространства) разряжается, а плотность Времени нагнетается»

На тему двух конусов меня натолкнула идея закрутить торроидальную катушку, чтобы получить линейчатый гиперболоид. (смотрите мои предыдущие посты). Но ведь по сути – это два усеченных конуса, соединяющихся вершинами. Мы получим структуру торнадо.

Но  торнадо это не меркаба. Меркаба состоит из двух ВЗАИМОПРОНИКАЮЩИХ составляющих. В нашем случае мы используем конуса. Но не , конкретно, конуса , а конуса усеченные. Так удобнее. Мотаем катушку, назовем ее «КОНУСНО-ТОРОИДАЛЬНАЯ» и закручиваем. Одну по часовой, другую против часовой.

Хотя можно и не закручивать если усеченный конус с широким основанием, внутреннюю составляющую обмотки можно и «намотать» Вот, например, я так делал. Формовал сердечник из магнитодиэлектрика и бормашиной фрезеровал канавки для обмотки. Картинка, как делать не надо. Просто показан принцип. И еще важно верно положить траектории. Плотность и кривизна обмотки градиентная, но  как верно её проложить? Это вопрос. Можно закручивать, если например, катушка с узким основанием конуса. Короче, нужны эксы.

Кроме формы и винта закрутки еще важна траектория. Может быть два варианта. Это с уплотнением у основания:

И уплотнением у вершины:

Вершина – это, по Калагии, Центр Движения Огня. Основание – Окружность Влияния Энергии.
Как выглядят схемы полей нарисовано в моих предыдущих постах. Или все можно скопом посмотреть у меня на сайте.

Совмещая различные половинки можно получить много разных ништяков. Вот, например, два усеченных конуса с широким основанием. Совмещаем. Получаем вот такую схему полей. Это одна из схем полей «летающей тарелки».

В “Калагии” есть вот такие два рисунка:

Похоже, да?
Это, так сказать, “собственное транспортное средство”, которое есть у каждого человека. Его меркаба. В “Калагии” в комментариях к рисункам записано, как это запускается.

Ну вот пока как-то так, что ли…..

вернуться к оглавлению

www.shamala.narod.ru

Сопло Лаваля. Конструкция и режимы его работы

Сверхзвуковая скорость W>W_зв. может быть получена в сопле, состоящем из суживающейся и расширяющейся части. Такое сопло называется соплом Лаваля по имени его создателя (рис.1).

Рисунок 1

Сужающаяся часть служит для ускорения дозвукового потока газа.

В соответствии с уравнением Гюгонио, в сужающейся части газ может разогнаться до критической скорости в самом узком сечении, в критическом. В расширяющейся части должно происходить дальнейшее ускорение газа до сверхзвуковых скоростей. Течение газа в сужающейся части подчиняется тем же законам, что и в простом сопле.

Режим работы сопла Лаваля

При Р₁=Р_а (атмосферном давлении) движения газа нет. С увеличением Р₁ перед соплом скорости вдоль всего сопла дозвуковые, т. е. скорость в расширяющейся части падает, а давление растет.

Дальнейшее повышение давления перед соплом приводит к тому, что за горловиной скорость газа становится выше скорости звука и давление его падает.

При достаточно высоком значении Р₁ давления хватает ровно настолько, чтобы к выходу из сопла давление плавно выровнялось с атмосферным. Вместе с непрерывным падением давления непрерывно растет скорость. Режим при котором в свехзвуковом сопле происходит непрерывное уменьшение давления от Р₁ до Р_а называется расчетным. Для конкретного сопла существует единственное значение , при котором оно работает в расчетном режиме и Р₂=Р_а.

Режимы, при которых относительное давление слишком велико, чтобы обеспечить сверхзвуковую скорость именно на срезе сопла называют нерасчетными, а сопла, работающие в этих режимах – перерасширенными.

Обычно сужающуюся и расширяющуюся части сопла Лаваля выполняют коническими. Сопряжение конусов закругляют так, чтобы проходное сечение было равно критическому. Центральный угол сужения не имеет существенного значения и обычно равен 60–90⁰. Угол раскрытия расширяющейся части предусматривают 8–12⁰.

Сопла Лаваля рассчитывают таким образом, чтобы скорость в самом узком сечении его была критической, а в расширяющейся части превосходила звуковую, постепенно возрастая по мере приближения к выходному отверстию сопла. Если скорость в критическом сечении сопла f_кр. будет меньше критической, то в расширяющейся части будет уменьшаться, а не увеличиваться, т. е. будет изменяться также, как и в обычном сопле.

В сопле Лаваля выравнивание (уменьшение) давления в критическом сечении до Р_а происходит не за соплом, а в расширяющейся части сопла, и сопровождается увеличением скорости истечения. Соответственно возрастает кинетическая энергия струи, которая используется для совершенствования полезной работы. В этом преимущество сопла Лаваля перед обычным соплом.

Максимум полезно используемой энергии достигается при условии, что длина расширяющейся части сопла Лаваля не больше и не меньше, чем это требуется для полного выравнивания (уменьшения) давления.

Если это условие не выполняется, то эффективность применения сопла Лаваля уменьшается. Характеристики истечения из сопла Лаваля:

Скорость,м/с

; (1.47)

масса, кг/с

; (1.48)

площадь сечения, м²

. (1.49)

Сопла Лаваля широко применяются в металлургии, например при создании кислородных фурм для конверторов.

 

Лекция 7:

Похожие статьи:

poznayka.org

Устройство для локальной вентиляции рабочих мест

Изобретение относится к области вентиляции и может быть использовано в технологических процессах, сопровождающихся выделением значительного количества вредных, ядовитых и взрывопожароопасных веществ. Устройство содержит магистраль приточного воздуха, приточный насадок и воздухоприемник с отводящим патрубком. Отводящий патрубок воздухоприемника установлен внутри приточного насадка коаксиально ему с образованием кольцевого приточного канала, который на выходе имеет конфузорное сопло, спрофилированное как конфузорная часть сопла Лаваля. Приточный насадок и отводящий патрубок установлены с возможностью перемещения друг относительно друга. Изобретение позволяет повысить эффективность локальной вентиляции вредных выделений и регулировать площадь локализации вредных выделений. 2 ил.

 

Изобретение относится к области вентиляции и может быть использовано в технологических процессах, сопровождающихся выделением значительного количества вредных, ядовитых и взрыво-пожароопасных веществ.

Известны устройства для локализации и удаления вредных веществ непосредственно в зоне реализации технологического процесса. Известна сварочная горелка с встроенным отсосом (“Средства защиты в машиностроении. Расчет и проектирование”. Справочник. Под ред. С.В.Белова. Москва. Машиностроение. 1989. 368 с., стр. 32-33). В данном устройстве осуществляется отсос выделяющихся вредных веществ из зоны сварки без их локализации.

Известно устройство для вентиляции помещений (а.с. №792041, кл. F 24 F 13/06, F 24 F 9/00; Опубликовано 30.12.80. Бюлл. №28) ближайшее по технической сущности к заявляемому и принятое за прототип, в котором в рабочую зону воздух подается через приточные насадки и вместе с выделяющимися вредными веществами отсасывается воздухоприемником, расположенным в полу. Данное устройство имеет следующие недостатки.

Во-первых, воздухоприемное отверстие расположено в полу помещения; поэтому устройство имеет ограниченное пространственное применение и не может быть использовано в местах, удаленных от воздухоприемного отверстия.

Во-вторых, воздухоприемное отверстие расположено в нижней части помещения и отсос осуществляется вниз. Но большинство вредных выделений (красители, растворители, сварочные аэрозоли, дым и др.) являются летучими, имеют повышенную температуру и стремятся подниматься вверх. Отсос осуществляется против вектора подъемной силы, поэтому эффективность удаления вредных веществ существенно снижается.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности локальной вентиляции вредных выделений и регулировании площади локализации вредных выделений.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для локальной вентиляции рабочих мест, содержащем приточный насадок и воздухоприемник с отводящим патрубком, отводящий патрубок воздухоприемника установлен внутри приточного насадка коаксиально ему с образованием кольцевого приточного канала. Кольцевой приточный канал на выходе имеет конфузорное сопло. Приточный насадок и отводящий патрубок установлены с возможностью перемещения друг относительно друга.

На фиг.1 представлена общая схема предложенного устройства.

На фиг.2 подводящий узел А.

Устройство для локальной вентиляции рабочих мест содержит магистраль приточного воздуха 1, приточный насадок 2 и воздухоприемник с отводящим патрубком 3. Отводящий патрубок 3 воздухоприемника установлен внутри приточного насадка 2 коаксиально ему с образованием кольцевого приточного канала 4, который на выходе имеет конфузорное сопло 5, спрофилированное как конфузорная часть сопла Лаваля. Приточный насадок 2 и отводящий патрубок 3 установлены с возможностью перемещения друг относительно друга. Одним из вариантов выполнения является перемещение стенки приточного насадка 2 относительно неподвижного отводящего патрубка 3. Для этого внешняя стенка приточного насадка 2 имеет подвижную обечайку 6, которая перемещается вдоль стенки приточного насадка 2 по пазу 7 и фиксируется с помощью регулировочного винта 8.

Возможно выполнение перемещения отводящего патрубка 3 относительно неподвижного приточного насадка 2 (данный вариант выполнения не показан).

Устройство работает следующим образом.

По магистрали приточного воздуха 1 подается свежий воздух в приточный насадок 2, откуда по кольцевому приточному каналу 4, образованному приточным насадком 2 и отводящим патрубком 3 воздухоприемника, в виде кольцевой струи, подается в зону выделения вредных веществ. По наружному периметру зоны выделения вредных веществ образуется кольцевая завеса, локализующая вредные вещества. Отражаясь от рабочей поверхности часть воздуха кольцевой завесы вместе с вредными выделениями направляется в отводящий патрубок 3. Конфузорное сопло 5, спрофилированное в виде конфузорной части сопла Лаваля, способствует формированию устойчивой кольцевой струи, что повышает эффективность локализации вредных выделений. В зависимости от характера технологического процесса и площади выделения вредных веществ производится регулирование конуса кольцевой струи за счет перемещения обечайки 6 приточного насадка 2 относительно отводящего патрубка 3 при ослабленном винте 4. При передвижении обечайки 6 относительно отводящего патрубка 3 вектор угла распыла кольцевой завесы будет изменяться и, соответственно, будет меняться площадь локализации вредных выделений.

Устройство для локальной вентиляции рабочих мест, содержащее приточный насадок и воздухоприемник с отводящим патрубком, отличающееся тем, что отводящий патрубок воздухоприемника установлен внутри приточного насадка коаксиально ему с образованием кольцевого приточного канала, при этом кольцевой приточный канал на выходе имеет конфузорное сопло, например в виде конфузорной части сопла Лаваля, а приточный насадок и отводящий патрубок установлены с возможностью перемещения относительно друг друга.

findpatent.ru

Геометрическое сопло (сопло Лаваля)

Отсутствуют все прочие воздействия, кроме геометрического . Уравнение газового потока имеет вид:

Для ускорения дозвукового потока необходимо сужение канала и при достижения критической скорости (M=1) необходимо расширение канала .

Параметры:

;

;

Связь между скоростью потока и сечением сопла устанавливается уравнением неразрывности:

Учитывая, что и:

После подстановки:

Из формулы видно, что безразмерное значение площади является функцией только числа Маха. Эта функция имеет вид:

Если задается конфигурация сопла, то можно указать, какое число Маха получится в любом сечении. Для одного и того же значения имеется два значения числа Маха: одно в дозвуковой, другое в сверхзвуковой области. А так как параметры потока однозначно зависят от числа Маха, то выбрав определенное произвольное сечение сопла () получим определенное значение числа Маха, которому соответствуют определенные значения температуры, давления, плотности:

;

;

.

Во многих случаях расчетные формулы упрощаются, если параметры состояния газа определяются в функции не от числа Маха, а от коэффициента скорости :

6. Расходное сопло

В расходном сопле переход через скорость звука осуществляется за счёт изменения расхода газа в трубе постоянного сечения (dF=0) при отсутствии теплообмена с окружающей средой (), без совершения внешней работы () и без трения ().

Уравнение потока принимает вид:

Ускорение газового потока в дозвуковой части канала достигается путём подвода дополнительной массы газа (dG0) и отвода газа (dG0) в сверхзвуковой части канала.

7. Механическое сопло

В механическом сопле перевод потока из дозвукового в сверхзвуковой осуществляется за счёт изменения технической работы () при отсутствии других воздействий (т.е.dF=0, dG=0, ,).

Уравнение потока принимает вид:

Если газ совершает работу (), например на колесе турбины, то в дозвуковом режиме (М он ускоряется(d, а в сверхзвуковом (М замедляется (d. Непрерывный переход через скорость звука можно обеспечить, если после критического сечения к газу подвести энергию, например в нагнетателе. Таким образом сверхзвуковое механическое сопло должно состоять из последовательно расположенных турбины (в области М) и компрессора (в области М) между которыми располагается критическое сечение.

8. Тепловое сопло

Переход газового потока через скорость звука осуществляется за счет теплового воздействия при отсутствии всех прочих (dF=0, , , dG=0, dQ≠0).

Уравнение движения потока принимает вид:

Из уравнения следует, что ускорение газового потока (d в дозвуковой части (М) можно обеспечить подводом теплоты (dQ0), а в сверхзвуковой – отводом теплоты (dQ0).

Скачки уплотнения

1. Механизм образования скачков.

При движении тела с большой скоростью впереди него образуется пространство с повышенным давлением среды, которое вызывает сопротивление движению тела.

Повышенное давление в этой области газовой среды распространяется с большой скоростью во все стороны в виде волн давления. Основная особенность волн давления заключается в том, что фронт волн очень узок, и поэтому состояние газа изменяется скачком. В связи с этим ударные волны называются скачками уплотнения.

Рассмотрим механизм образования скачков.

Под влиянием резкого смешения поршня в трубе перед поршнем возникает и распространяется волна сжатия. За бесконечно малый промежуток времени d фронт волны переместится на расстояние dx. При этом в области H-1 за время d произошло повышение давления от P_н (давление невозмущенного потока) до P₁ (давление за фронтом волны). В соответствии с повышением давления произошло и повышение плотности на величину

Повышение плотности означает, что из объема 0-H в объем перетечет элементарное количество газа:

Из уравнения неразрывности можно определить скорость газового потока за фронтом волны:

или

но производная dx/d – это скорость распространения волны _В; тогда

Из уравнения количества движения

; _Н=0

тогда скорость потока за фронтом волны

2. Прямой скачок уплотнения. Параметры потока в скачке.

Если фронт ударной волны составляет прямой угол с направлением движения потока, то такая волна называется прямой ударной волной или прямым скачком уплотнения. Такой скачек называется косым скачком уплотнения.

1. Из уравнения неразрывности

2. Из уравнения количества движения

с учётом (1) имеем

т.е.

Для энергетически изолированного потока, когда dQ=0 и l₀=const из

для температуры потока перед скачком имеем

из уравнения состояния газа

и , тогда

, но ,

или

аналогично

.

Вычтем P₁-P_H,

.

Из уравнения количества движения

,

тогда

или

.

Принимая во внимание, что

запишем

.

Отношение изменения давления к изменению плотности в скачке пропорционально этому отношению до скачка.

3. Основное кинематическое соотношение.

Критическая скорость

,

но

, тогда

.

Для скачка имеем

, тогда

,

.

В прямом скачке уплотнения всегда сверхзвуковая скорость газового потока переходит в дозвуковую. При этом чем больше значение коэффициента скорости перед скачком (_Н), тем меньше его значение после скачка (₁), т.е. чем выше начальная скорость газа (_Н), тем сильнее получается скачок уплотнения.

4. Уравнение ударной адиабаты.

Используя

,

, получим

.

Значение скобки

,

тогда

.

, но , а

, тогда

, или

.

Запишем так

.

Левую часть разделим на _Н, правую часть на Р₁:

;

При неограниченном возрастании давления в скачке (Р) увеличение плотности в скачке имеет предел

, для воздуха

studfiles.net

высотное сопло лаваля – патент РФ 2326259

Высотное сопло Лаваля содержит круглое сопло и соосно с ним установленный круглый высотный насадок, соединенные друг с другом с образованием кольцевой щели, и размещенный перед или в последней коллектор вдува дополнительного газа. Коллектор вдува дополнительного газа имеет выпускные трубки с установленными в нем жиклерами. В кольцевой щели установлена перегородка, по периметру которой выполнены отверстия в форме пазов. Высота кольцевой щели равна h_щ=(0,2-0,4)r_кр, где r_кр – радиус критического сечения круглого сопла. Радиус на срезе круглого сопла r_а =(3-7)r_кр. Жиклеры выполнены с площадью выходного сечения, позволяющей осуществлять дополнительный вдув газа с расходом не более 5%. Изобретение позволяет повысить средний по тракту удельный импульс двигательной установки летательного аппарата. 4 з.п. ф-ла, 9 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области ракетостроения и может найти применение, в частности, в однокамерных и многокамерных жидкостных ракетных двигателей первой и второй ступеней.

Известно высотное круглое сопло с изломом контура, состоящее из круглого сопла и высотного круглого насадка, в месте стыка которых имеется глухая кольцевая щель с коллектором за глухим торцом для вдува дополнительного газа (см. патент Германии №3820322 С2, МПК F02К 9/97, 1987).

Недостатком известного сопла является закрытый торец кольцевой щели, который препятствует передаче атмосферного давления через щель внутрь сопла, что ухудшает тяговые характеристики двигателя на режимах перерасширения газа в сопле. Это связано с тем, что при подъеме ракеты на высоту и снижении атмосферного давления для удержания скачков уплотнения на кромке земного сопла требуется все большее количество вдуваемого газа, которого не обеспечивает данный механизм вдува газа. В связи с этим скачки с кромки земного сопла уходят раньше, чем давление газа на кромке сравняется с атмосферным. В результате вновь наступает перерасширение газа внутри высотного насадка.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является высотное сопло Лаваля, содержащее круглое сопло и соосно с ним установленный круглый высотный насадок, соединенные друг с другом с образованием кольцевой щели, и размещенный перед или в последней коллектор вдува дополнительного газа, имеющий выпускные трубки с установленными в нем жиклерами (см. патент США 3463402, МПК F02К 1/12, 1969).

Недостатком известного сопла является недостаточно высокий средний по траектории удельный импульс двигательной установки летательного аппарата.

Задачей настоящего изобретения является повышение среднего по траектории удельного импульса двигательной установки летательного аппарата.

Поставленная задача решается за счет того, что в высотном сопле Лаваля, содержащем круглое сопло и соосно с ним установленный круглый высотный насадок, соединенные друг с другом с образованием кольцевой щели, и размещенный перед или в последней коллектор вдува дополнительного газа, имеющий выпускные трубки с установленными в нем жиклерами, согласно изобретению в кольцевой щели установлена перегородка, по периметру которой выполнены отверстия в форме пазов, при этом высота кольцевой щели равна h_щ=(0,2-0,4)r _кр, где r_кр – радиус критического сечения круглого сопла, радиус на срезе круглого сопла равен r_а=(3-7)r_кр, радиус на срезе высотного насадка равен r_н=(6-15)r _кр, а жиклеры выполнены с площадью выходного сечения, позволяющей осуществлять дополнительный вдув газа с расходом не более 5% от расхода основного газа, вытекающего из круглого сопла.

Поставленная задача решается также за счет того, что высотное сопло Лаваля может быть выполнено с дополнительной второй кольцевой щелью, расположенной коаксиально первой, а общая высота двух кольцевых щелей равна h_общ.щ=(0,2-0,4)r _кр.

Поставленная задача решается также за счет того, что высотное сопло Лаваля может быть снабжено, по меньшей мере, одним дополнительным круглым, высотным насадком, расположенным коаксиально первому и соединенным с ним с образованием кольцевой щели.

Поставленная задача решается также за счет того, что в высотном сопле Лаваля каждый круглый высотный насадок выполнен с цилиндрическим участком, смещенным в сторону круглого сопла с перекрытием части его поверхности или поверхности предыдущего круглого высотного насадка, а щель расположена между внутренней поверхностью цилиндрического участка и наружной поверхностью круглого высотного насадка.

Поставленная задача решается также за счет того, что профиль каждого круглого высотного насадка является продолжением профиля круглого сопла.

На фиг.1 изображено продольное сечение высотного сопла Лаваля.

На фиг.2 изображен узел подвода дополнительного газа.

На фиг.3 изображено поперечное сечение высотного сопла Лаваля в месте соединения круглого сопла с круглым высотным насадком.

На фиг.4 изображено продольное сечение высотного сопла Лаваля с двумя кольцевыми щелями, расположенными коаксиально.

На фиг.5 изображено продольное сечение высотного сопла Лаваля с гладким контуром.

На фиг.6 изображено продольное сечение высотного сопла Лаваля с изломом контура.

На фиг.7 изображено продольное сечение высотного сопла Лаваля со смещенным контуром.

На фиг.8 представлена высотная характеристика высотного сопла Лаваля.

На фиг.9 приведен график зависимости прироста тяги высотного сопла Лаваля от режима его работы.

Высотное сопло Лаваля содержит круглое сопло 1 и соосно с ним установленный круглый высотный насадок 2, соединенные друг с другом с образованием кольцевой щели 3. Коллектор 4 вдува дополнительного газа размещен перед или в кольцевой щели 3 и имеет выпускные трубки 5 с установленными в нем жиклерами 6. Коллектор 4 вдува дополнительного газа выполнен в виде тора. Каждая выпускная трубка 5 установлена параллельно оси сопла Лаваля.

В кольцевой щели 3 установлена перегородка 12, по периметру которой выполнены отверстия в форме пазов 7. Высота кольцевой щели 3 равна h_щ=(0,2-0,4)r _кр, где r_кр – радиус критического сечения круглого сопла 1. Радиус на срезе круглого сопла 1 – r_а=(3-7)r_кр, а радиус на срезе высотного насадка равен r_н=(6-15)r _кр. Жиклеры 6 выполнены с площадью выходного сечения, позволяющей осуществлять дополнительный вдув газа с расходом не более 5% от расхода основного газа, вытекающего из круглого сопла 1.

Высотное сопло Лаваля может быть выполнено с дополнительной второй кольцевой щелью 8, расположенной коаксиально первой. Общая высота двух кольцевых щелей 3, 8 равна h_общ.щ =(0,2-0,4)r_кр.

Высотное сопло Лаваля может быть снабжено, по меньшей мере, одним дополнительным круглым высотным насадком 9, расположенным коаксиально первому 2 и соединенным с ним с образованием кольцевой щели 10.

В высотном сопле Лаваля каждый круглый высотный насадок 2, 9 может быть выполнен с цилиндрическим участком 11, смещенным в сторону круглого сопла 1 с перекрытием части его поверхности или поверхности предыдущего круглого высотного насадка 2. Щель 3, 10 расположена между внутренней поверхностью цилиндрического участка 11 и, соответственно, между наружной поверхностью круглого сопла 1 или круглого высотного насадка 2.

Высотное сопло Лаваля может быть выполнено так, что профиль каждого круглого высотного насадка 2, 9 является продолжением профиля круглого сопла 1 или выполнено с изломом контура.

Радиус на срезе круглого сопла 1 выбран равным r_а/r_кр=3÷7, а радиус на срезе круглого высотного насадка 2 – r _н/r_кр=6÷15, где r _а – радиус на срезе сопла 1, r_н – радиус на срезе насадка, r_кр – радиус критического сечения круглого сопла 1.

При радиусе на срезе круглого сопла 1, равном r_а/r_кр <3, и радиусе на срезе круглого высотного насадка 2, равном r_н/r_кр<6, выигрыш удельного импульса по траектории полета будет небольшой, так как из-за уменьшения степени расширения высотного сопла с изломом контура сузится диапазон изменения атмосферного давления, при котором происходит регулирование высотности.

При радиусе на срезе круглого сопла 1, равном r_а/r _кр>7, и радиусе на срезе круглого высотного насадка 2, равном r_н/r_кр>15, произойдет утяжеление конструкции двигателя из-за слишком большого увеличения габаритов сопла.

При высоте кольцевой щели 3 – h_щ<0.2r_кр не будет обеспечен подвод внутрь сопла достаточного количества атмосферного воздуха, в результате чего быстро уйдет с кромки круглого сопла 1 скачок уплотнения и вновь наступит перерасширение газа в высотном сопле Лаваля.

При высоте кольцевой щели 3 – h _щ>0,4r_кр возникнут слишком большие потери тяги при работе сопла с изломом контура на большой высоте из-за вытекания основного газа через щель.

При вдуве газа больше 5% от расхода основного газа возникнут внутри сопла газодинамические потери из-за смешения двух больших струй газа.

Высотное сопло Лаваля работает следующим образом.

При старте ракеты-носителя с Земли и полете ее в плотных слоях атмосферы внешнее давление превышает внутреннее в зоне излома контура, в результате чего атмосферное давление через открытый торец кольцевой щели 3 передается внутрь сопла. В этом случае за счет передачи атмосферного давления и дополнительного вдува на срезе круглого сопла 1 происходит принудительный отрыв потока газа. Благодаря отрыву потока в высотном сопле Лаваля уменьшается перерасширение газа. Круглый высотный насадок 2 за кольцевой щелью 3 как бы отключается (он не создает тягу и не вносит потерь), в результате высотное сопло Лаваля работает близко к расчетному режиму.

Кроме того, на старте ракеты и полете ее вблизи Земли вдув газа в открытый торец кольцевой щели 3 способствует привлечению большего количества воздуха за счет его эжекции.

При полете в верхних слоях атмосферы и снижении внешнего давления скачок уплотнения уходит с кромки круглого сопла 1 и садится на срез круглого высотного насадка 2. В этом случае круглый высотный насадок 2 включается в работу и высотное сопло Лаваля работает полностью.

При работе сопла на большой высоте организация вдува дополнительного газа в кольцевую щель 3 повышает донное давление в месте излома контура, в результате чего существенно снижаются потери тяги на расчетном режиме.

Благодаря последовательному включению в работу отдельных круглых высотных насадков 2, 9, высотная характеристика высотного сопла Лаваля близка к характеристике сопла с непрерывно регулируемой высотностью.

На фиг.8 представлена высотная характеристика высотного сопла Лаваля от режима его работы. По оси ординат отложен прирост тяги сопла, отнесенный к тяге гладкого круглого сопла, а по оси абсцисс – высота полета ракеты. Из графика видно, что при использовании предлагаемого высотного сопла Лаваля обеспечивается прирост тяги в широком диапазоне изменения высоты полета летательного аппарата.

Расчеты показывают, что в высотном сопле Лаваля по сравнению с гладким соплом с давлением на срезе р_а=0.06 МПа выигрыш тяги в космосе может составить 7-9% за счет увеличения геометрической степени расширения. Тяги же круглого сопла с давлением на срезе р _а=0.06 МПа и высотного сопла Лаваля с изломом контура при их работе на Земле одинаковые, так как контур земного сопла и контур высотного сопла Лаваля до излома рассчитаны на одинаковую степень расширения (фиг.8).

На фиг.9 представлен графики зависимости прироста тяги высотного сопла Лаваля (где: график «а» – для сопла Лаваля с одной щелью, график «б» – для сопла Лаваля с двумя щелями) от режима его работы. По оси ординат отложен прирост тяги высотного сопла Лаваля, отнесенный к тяге идеально регулируемого круглого сопла 1, а по оси абсцисс – отношение давлений окружающей среды и истекающей струи газа. Из графика видно, что при использовании предлагаемого высотного сопла Лаваля обеспечивается прирост тяги в широком диапазоне изменения высоты полета летательного аппарата.

Принцип работы щелевого сопла с гладким контуром (фиг.5) аналогичен работе высотного сопла Лаваля с изломом контура (фиг.1).

При работе в плотных слоях атмосферы высотного сопла Лаваля со смещенным по оси контуром каждого круглого высотного насадка 2, 9 в сторону круглого сопла 1 (фиг.7) скачок уплотнения на кромке круглого сопла 1 будет находиться до тех пор, пока давление газа на кромке круглого сопла 1 не сравняется с атмосферным. В этом случае перерасширение газа в круглых высотных насадках 2, 9 полностью снимается. Тогда в плотных слоях атмосферы высотное сопло Лаваля или высотное сопло Лаваля с гладким контуром работают как круглое сопло 1. На высоте – они работают как высотное сопло за счет последовательного включения в работу круглых высотных насадков 2, 9. При этом за счет вдува дополнительного газа они имеют небольшие потери тяги из-за смещения контура.

В зависимости от назначения двигателя (устанавливается ли он на 1-ю ступень ракеты или на 2-ю ступень) выбирается тот или иной контур сопла.

Например, двигатель с высотным соплом Лаваля с изломом контура может быть установлен на 1-ю ступень ракеты. В этом случае на старте ракеты с Земли тяга двигателя будет максимальная, так как контур высотного сопла до излома полностью совпадает с контуром земного сопла, а на высоте он будет иметь небольшие потери тяги из-за излома контура (фиг.8).

Двигатель с высотным соплом Лаваля с гладким контуром может быть установлен на 2-ю ступень ракеты. В этом случае при старте ракеты с Земли будут незначительные потери тяги из-за несовпадения контуров круглого и высотного сопел (из-за увеличения угла раскрытия сопла контур высотного сопла будет располагаться выше контура круглого сопла). В верхних же слоях атмосферы двигатель будет работать на расчетном режиме, так как контур высотного сопла Лаваля с кольцевой щелью полностью совпадает с контуром гладкого высотного сопла. Кроме того, за счет вдува дополнительного газа давление за щелью 3 повысится, благодаря этому потери будут минимальны (фиг.8).

Предлагаемое изобретение обеспечивает возможность увеличения полезного груза, выводимого летательным аппаратом на Орбиту, или дальности полета за счет прироста тяги двигателя, все это, несомненно, дает экономический эффект.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Высотное сопло Лаваля, содержащее круглое сопло и соосно с ним установленный круглый высотный насадок, соединенные друг с другом с образованием кольцевой щели, и размещенный перед или в последней коллектор вдува дополнительного газа, имеющий выпускные трубки с установленными в нем жиклерами, отличающееся тем, что в кольцевой щели установлена перегородка, по периметру которой выполнены отверстия в форме пазов, при этом высота кольцевой щели равна h_щ=(0,2-0,4)r _кр, где r_кр – радиус критического сечения круглого сопла, радиус на срезе круглого сопла r _а=(3-7)r_кр, радиус на срезе высотного насадка равен r_н=(6-15)r _кр, а жиклеры выполнены с площадью выходного сечения, позволяющей осуществлять дополнительный вдув газа с расходом не более 5% от расхода основного газа, вытекающего из круглого сопла.

2. Высотное сопло Лаваля по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с дополнительной второй кольцевой щелью, расположенной коаксиально первой, а общая высота двух кольцевых щелей равна h_общ.щ.=(0,2-0,4)r_кр .

3. Высотное сопло Лаваля по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено, по меньшей мере, одним дополнительным круглым высотным насадком, расположенным коаксиально первому и соединенным с ним с образованием кольцевой щели.

4. Высотное сопло Лаваля по п.3, отличающееся тем, что каждый круглый высотный насадок выполнен с цилиндрическим участком, смещенным в сторону круглого сопла с перекрытием части его поверхности или поверхности предыдущего круглого высотного насадка, а щель расположена между внутренней поверхностью цилиндрического участка и наружной поверхностью круглого сопла или соответствующего круглого высотного насадка.

5. Высотное сопло Лаваля по п.3, отличающееся тем, что профиль каждого круглого высотного насадка является продолжением профиля круглого сопла.

www.freepatent.ru