Чому двигун J58 SR-71 має дифузор після вхідного шипи?

Я почув, що дифузор дозволяє стиснутим повітрям після розширення вхідного отвору. Що це означає? Якщо це означає розширення, чи не було б корисно його стиснути перед входом в камеру стиснення, то чому б він розповсюджувався?

9
Саме на те, що ви вважаєте корисним: збільшити тиск і, як наслідок, створити більшість ударів на Mach 3.2. Насадка додає менше половини загальної тяги.
додано Автор Peter Kämpf, джерело

2 Відповіді

Як правило, компресор не може ефективно працювати на надзвуковій швидкості через ударні хвилі, роль вхідного конуса , а дифузор - це повільний повітря внизу Mach 1. Існує аналогічна потреба в рамному двигуні, так що горіння може відбуватися всередині двигуна і виробляти тягу.

Позиція конуса та геометрія дифузора регулюються відповідно до повітряної швидкості. Загальна форма дифузора відхиляється.

From Bernoulli's principle, the diffuser decreases velocity and increases pressure according to:

$ \ frac 1 \ rho \; dp = - \ mathrm V \; d \ mathrm V $, де $ \ rho $ - щільність повітря.

Подивіться на це відео: Конвергенція розбігу сопла для отримання додаткової інформації про те, як тиск і швидкість потрапляють у сопло/дифузор. Ось короткий виклад:

enter image description here

J58 є турбореактивним двигуном у рамні. Передня частина двигуна має складну роль. Він адаптується до великого діапазону швидкостей (від 0 до 3.2. Маха) та висоти (від 0 до 85 000 футів), і змінює повітряний потік для роботи як турбореактивного струменя, або як радіоприймач, залежно від швидкості повітря.

enter image description here
Simplified adjustment of the airflow (source).

Actual mechanism used at different airspeed ranges in the J58: enter image description here (Source)

13
додано

Власне, завданням дифузора було створення тяги. Звучить дивно? Тоді читайте далі!

На надзвуковій швидкості шип попереду вхідного отвору створить каскад постійних ударів, щоб уповільнити і стиснути повітря. Всередині перетин звужується далі, поки потоки не сповільнюються до рівня Mach 1 у кінцевому, прямому шоку. Це точка найменшого перетину, що називається горлом. Падіння до дозвукової швидкості принципово змінює поведінку потоку: коли раніше, на надзвуковій швидкості, він сповільнився у звуженому профілі поперечного перерізу, тепер йому потрібен розширений профіль поперечного перерізу, щоб сповільнити його. Коли він уповільнюється, кінетична енергія потоку перетворюється на тиск, тому на поверхні компресора потік становить лише 0.4-0.0 Mach, але має майже 40 разів зовнішній тиск. Зверніть увагу, що мова йде про співвідношення тиску сучасних реактивних двигунів, таких як F120 або GE90, і вище, ніж тисків турбокомпресорів 1950-х років.

Переміщаючи конус, положення горла регулюється таким чином, що впуск працює над повним діапазоном швидкостей польоту. Від дозвуку до Маха 3.2 область захоплення збільшується на 112%, тоді як ширина горла звужена до 54% ​​її дозвукового значення.

Дифузор необхідний, щоб уповільнити дозвукову зону потоку всмоктування. Одночасно він заповнюється повітрям високого тиску, що штовхає біля стін. Тиск, який діє на площу проекції в напрямку польоту, робить більшу частину загальної тяги J58. Робота двигуна полягає в тому, щоб відсмоктувати повітря в дифузорах і згодом прискорити його до швидкості польоту і вище.

Я думаю, що претензія на 80% віддачі, зроблена на цій сторінці , не є абсолютно вірною, але це ілюструє цю точку.

У режимі Mach 3.2 cruise сама вхідна система фактично забезпечила 80   відсоток тяги і двигуна лише 20 відсотків, що робить J58   насправді турборемонтний двигун.

Трохи вниз, це дає нам більше вірогідних цифр:

На Маха 3 сам вхід дає 54% від загальної тяги через   відновлення тиску, двигун, що складає лише 17%, і ежектор   система 29%. Коефіцієнт стиснення круїзу становить 40-1.

Крім того, причина назвати це turbo-ramjet фактично є іншою, як це наведено на цій сторінці :

The SR-71's Pratt & Whitney J58 engines were rather unusual. They could convert in flight from being largely a turbojet to being largely a compressor-assisted ramjet. At high speeds (above Mach 2.4), the engine used variable geometry vanes to direct excess air through 6 bypass pipes from downstream of the fourth compressor stage into the afterburner. 80% of the SR-71's thrust at high speed was generated in this way, giving much higher thrust, improving specific impulse by 10-15%, and permitting continuous operation at Mach 3.2. The name coined for this configuration is turbo-ramjet.

У тому, що споживаний дизайн SR-71 не був єдиним: див нижче для розбивки тяги в рамках Concorde Олімп 593 двигун і ланцюжок:

Concorde nacelle cross section

Поперечний переріз вузького горизонтального концерту та розрив тяги (малюнок джерело )

5
додано
@JanHudec: Так, абсолютно. Лише коли ви інтегруєте тиск усередину, дифузор буде основним джерелом тяги, і це може бути лише тому, що двигун знижує тиск у кінці дифузора, відкачуючи все це повітря. Коли ви дивитесь на зміну імпульсу, дифузор уповільнить потоки всмоктування, тим самим зменшуючи тягу. Тільки тому, що двигун може знову прискорити цей повільний потік, ми отримаємо позитивну спрямованість.
додано Автор Peter Kämpf, джерело
Говорячи про те, що на вході входить 80 відсотків тяги, а двигун всього 20 звуків дивні для мене. Оскільки, в той час як дифузор є основним елементом дії сил (в дозвуковому двигуні є компресор), сила все ще існує лише через гарячу секцію позаду нього. Там не могло бути будь-якого тяга без енергії, наданої згоряння. Таким чином, це ще двигун , який виробляє тягу; Це просто діє в секції стиснення, тому що це така, що має значну поверхню задньої поверхні, для того, щоб діяти на тиск.
додано Автор Jan Hudec, джерело