НЕРЕГУЛИРУЕМЫЕ РЕАКТИВНЫЕ СОПЛА

В зависимости от срабатываемого теплоперепада реактив­ные сопла делятся на дозвуковые (суживающиеся) и сверхзвуковые, имеющие форму сопла Лаваля. И те и другие могут быть регулируемыми и нерегулируемыми.

Для самолетов со скоростями полета, соответствующими М<=1,7, наиболее эффективно применение в ТРД и ТРДД сужи­вающихся нерегулируемых сопел. Принципиальные схемы таких сопел показаны на рис. 6.1. Их геометрия определяется газодина­мическим расчетом. В выполненных конструкциях размеры сопел находятся в пределах: L=(l,0...1,3) D; L_e = (0,2...0,3) D; a=(10°...12°).

Основными элементами суживающегося сопла являются (см. рис. 6.1, а): наружная стенка, обтекатель диска турбины, обтекаемые стойки, реактивный насадок, детали тепловой защиты и охлаждения. Наружная стенка и конус-обтекатель совме­стно со стойками образуют диффузор, обеспечивающий преобра­зование кольцевой формы потока в круговую и раскрутку потока, имеющего небольшую окружную составляющую скорости на вы­ходе из турбины. Крепление стоек предусматривает свободное тепловое расширение внутреннего конуса.

Реактивный насадок выполняют легкосъемным. Его выход­ной диаметр подбирают при отладке двигателя на заводе-изго­товителе. Для облегчения подбора насадки выполняют с разли­чными диаметрами, отличающимися на 2...3 мм. Постановка насадка с меньшим диаметром приводит к повышению тяги ТРД за счет роста температуры газа перед турбиной и выходной ско­рости. Здесь следует отметить, что само сопло не создает тяги, т.е. равнодействующая газовых сил, действующих на сопло, направлена назад, против полета.

При необходимости отвода газа за пределы конструкции пла­нера между диффузором и реактивным насадком устанавливают удлинительную трубу (см. рис. 6.1, б). Удлинительная труба ухудшает характеристики двигателя (затрудняет запуск, повы­шает удельный расход топлива, снижается эффективная тяга) и поэтому применяется в исключительных случаях.

Если величина срабатываемся теплоперепада оказывается незначительной, как в ТВД, то конструкция сопла существенно упрощается (рис. 6.2), так как в этом случае требуется лишь преобразование формы канала и отвод газа за пределы самолета.

При сверхкритических перепадах, развиваемых в совре­менных ТРДД с раздельными соплами, для достижения сверх­звуковых скоростей истечения используют эффект расширения потока в косом срезе (рис. 6.3). Критическое сечение потока внутреннего контура наклонено к оси сопла. Угловая точка разрежения находится у выходной кромки обечайки. Расширяющая­ся часть сопла образована стенкой центрального тела и угловой точкой разрежения. Такое сопло обладает свойством саморегули­рования на режимах перерасширения, так как в этом случае давление воздуха сжимает струю за соплом и улучшает его ха­рактеристики. Хвостовую часть центрального тела можно уко­ротить наполовину без заметного снижения тяги двигателя. Сопло наружного контура выполнено аналогично. Для отладки тяговых характеристик оба сопла имеют съемные насадки.

Детали реактивного сопла выполняются при помощи сварки из листовых заготовок жаропрочных нержавеющих сталей (типа 1Х18Н9Т) и титановых сплавов марок ВТ20, ОТ4 и др. Они охлаждаются воздухом, отбираемым от компрессора (для ох­лаждения внутренних полостей), или из окружающей среды (для охлаждения наружной стенки).