Расчет сопла Лаваля

Турбины на моделях - АФАИК баловство и технофричество,чтобы было похоже на настоящий самолет,и дорогие они безмерно. Как правильно отметили, ДВС на таких размерах выигрывает, ну или турбина плохо дружит с размерным фактором.Если хотите что-нибудь реактивное - ставьте ПУВРД.

digger> Турбины на моделях - АФАИК баловство и технофричество,чтобы было похоже на настоящий самолет,и дорогие они безмерно. Как правильно отметили, ДВС на таких размерах выигрывает, ну или турбина плохо дружит с размерным фактором.Если хотите что-нибудь реактивное - ставьте ПУВРД.

Ну речь все-таки не идет о модельном двигателе, а о двигателе для малой и сверхмалой авиации. Тут все-таки уже другие размеры, просто несколько ограниченные...

Вот некоторый пример из оборонной отрасли:

Двигатель русской ракеты «Калибр»

Это не слишком серьёзное на первый взгляд изделие, напоминающее бытовой пылесос, есть не что иное, как малогабаритный двухконтурный турбореактивный двигатель (ТРДД)37-01, разработанный и выпускаемый серийно в НПО «Сатурн» (Рыбинск) и применяемый в качестве маршевого двигателя на КРБД 3М14 комплекса «Калибр» (ОКБ «Новатор», Екатеринбург).

В это трудно поверить, но стратегическую крылатую ракету полётной массой около 1 300кг со скоростью 850 км/час (0,7 М) несёт «движок» размером с дорожную сумку, который без труда могут поднять два человека (доля массы ТРДД в нагрузке масс ракеты — всего 6%).

Экономичность двигателя впечатляет не меньше его массогабаритных характеристик. При заявленном удельном расходе топлива запас горючего для полёта на полную дальность (1 500 км, 1 час 45 мин.) должен составлять 560 кг (около 45% от полётной массы).

По данным от производителя 37-01 имеет следующие технические характеристики:
- максимальная тяга — 450 кгс;
- удельный расход топлива на максимальном режиме - 0,71 кг/кгс/час;
- диаметр — 330 мм;
- длина — 850 мм;
- сухой вес — 82 кг;
- используемое топливо — авиационный керосин ТС-1, Т-1, Т-6, РТ, децилин Т-10.

Это означает, что 3М14 расходует 48 литров авиационного керосина на 100 км полёта, что соответствует расходу топлива КАМАЗа-6460.

whuser400> Вопрос в том, насколько все это можно еще уменьшить.
КПД стремится к нулю. Нет габарита - нет теплообмена. В любом случае нужен габарит.

whuser400> Двигатель русской ракеты «Калибр»

Томагавки же , их тысячи, но двигатель довольно дорогой и это не самопальное изделие, а серийное изделие, разработанное в серьезном КБ.Браться самому за такую работу безнадежно. Сопла Лаваля там практически нет, есть небольшое сужение и оно незначительно влияет на тягу.

digger> Томагавки же , их тысячи, но двигатель довольно дорогой и это не самопальное изделие, а серийное изделие, разработанное в серьезном КБ.Браться самому за такую работу безнадежно. Сопла Лаваля там практически нет, есть небольшое сужение и оно незначительно влияет на тягу.

Я на самом деле не спорю. Пока нет прорывной идеи, в т.ч. по резкому упрощению технологии, никто браться за эту безнадегу и не будет...
Расчет сопла Лаваля нужно для понимания...
Также, есть идеи по использованию профиля Лаваля не только в качестве сопла...
Потому и нужен расчет.

s.t.> КПД стремится к нулю. Нет габарита - нет теплообмена. В любом случае нужен габарит.

Полностью согласен.
Серийное изделие 30 см в диаметре.
Если можно уменьшить до 20 см - уже хорошо...
Речь не идет о моделях, речь идет о сверхмалой и малой авиации.
Можно также помечтать о БПЛА, но тогда уже больших...

Сама по себе турбина - сложное и дорогое изделие, и компрессор тоже не особо простой, так как там высокие обороты и постоянные высокие температуры.

whuser400> Если можно уменьшить до 20 см - уже хорошо...
При сохранении объема еще можно подумать, но будет чисто реактивный двигатель. Например, организовав длинный выхлоп с прямотоком. И все равно будем терять на сопротивлении солидно.

s.t.> При сохранении объема еще можно подумать, но будет чисто реактивный двигатель. Например, организовав длинный выхлоп с прямотоком. И все равно будем терять на сопротивлении солидно.
Можно уйти в сторону турбовентилляторного варианта, с вентиллятором...

Интересно, а что нам может дать длинный выхлоп с прямотоком?

whuser400> Интересно, а что нам может дать длинный выхлоп с прямотоком?
Определение

Для разгона рабочего тела может использоваться как расширение газа, нагретого тем или иным способом до высокой температуры (т. н. тепловые реактивные двигатели)

 

В малогабритной турбине тепло не успевает передаться газу,простая геометрия. А раз так, сжигаем топливо, но увеличиваем зону контакта, ага, да радиатор вокруг отсюда рост сопротивления, но и одновременно рост температуры газа.

s.t.> В малогабритной турбине тепло не успевает передаться газу,простая геометрия. А раз так, сжигаем топливо, но увеличиваем зону контакта, ага, да радиатор вокруг отсюда рост сопротивления, но и одновременно рост температуры газа.

Почему не успевает, когда есть камера сгорания и сгорание идет в ней? Собственно греется только воздух, прошедший камеру сгорания...
А где эта зона контакта - это увеличенный объем под камеры сгорания или это форсажная камера?
И не совсем понял с термином "радиатор" - это что? Где он должен находиться и зачем?

s.t.>> КПД стремится к нулю. Нет габарита - нет теплообмена. В любом случае нужен габарит.

Если у нас человек,то уменьшать диаметр не надо.Двигатель находится за пилотом и его диаметр сантиметров 50-70, здоровая центробежная ступень, но расход воздуха и мощность маленькие,так как легкий аппарат.Можно ли из этого сочетания получить профит и добиться высокой степени повышения давления?

whuser400> Собственно греется только воздух, прошедший камеру сгорания...
На сгорание тратится лишь малая часть воздуха, даже по газовому составу атмосферы 21% кислорода. Остальной воздух просто нагревается, расход воздуха ТРД больше, чем его потребно по стехиометрии.
Не расходуемый на сгорание воздух не прогреется если будет быстро проскакивать горячую зону, можешь даже эксперимент поставить на собственной руке, быстро проведя ее в пламени спички, почувствуешь тепло, но не обожжешься. Т.е. теплопередача минимальна. Чтобы получить эффект, нужно держать руку подольше. В случае с ТРД большая область теплообмена, либо с относительно медленным потоком и толстая, либо быстрым потоком и длинная.
Ну либо интенсифицировать обмен увеличив давление.

Я не считаю задачу технически нерешаемой.
Модельные движки факт. И характеристики у них не такие уж и плохие.
Нужно закрыть дыру между двиглом большой авиации и моделями. ИМХО и характеристики достижимы средние.

Даже существующие моторы.. К примеру JetCat предлагает мотор тягой 50 кгс, при массе мотора 5 кг. Ну и что, что он жрет на максимале 2 литра в минуту? Если поставить такой мотор на планер, то канистры нам хватит на взлет и набор высоты. При взлетной массе папелаца 250 кг, энерговооруженность будет 0.2 - вполне достаточно для папелаца такого класса. И не нужны нам будут самолет-буксировщик, куча народу на старте и прочие анахронизмы. Малый вес самого движка говорит о том, что нам не придется таскать много мертвого груза.
Даже маленький ресурс не критичен - на 1 вылет мы расходуем несколько минут ресурса.
Критичен пока что только ценник.

TEvg-2> Ну и что, что он жрет на максимале 2 литра в минуту?
Это все. Экономичного гтд не получишь никак.

TEvg-2>> Ну и что, что он жрет на максимале 2 литра в минуту?
s.t.> Это все. Экономичного гтд не получишь никак.

Во-1 экономичность можно поднять ещё.
При помощи более совершенного компрессора и применения вентилятора.
Во-2 даже с такой экономичностью можно применить ТРД в практических целях.
Нужна лишь низкая цена девайса.

TEvg-2>> Ну и что, что он жрет на максимале 2 литра в минуту?
s.t.> Это все. Экономичного гтд не получишь никак.

А если, как вы и советовали, пойти на увеличение камеры сгорания?
Как только это согласуется с параметрами компрессора?

Если увеличивать давление, то нужны дополнительные ступени компрессора, что ведет к резкому усложнению...

Invar> Собственно, сабж в виде модной трубки Вентури сопла Лаваля ТС как рыбе зонтик.
Во-во, тоже читал ветку и пытался понять, каким боком ТРД к соплу Лаваля. В обсуждаемых движках сверхзвуковой скорости и близко нет, нафига там сопло Лаваля?

whuser400> Ну речь все-таки не идет о модельном двигателе, а о двигателе для малой и сверхмалой авиации. Тут все-таки уже другие размеры, просто несколько ограниченные...
А модели-то бывают разные. Такая вот штука вполне укладывается в габарит сверхмалой авиации:

Но ТРД там исключительно для копийности, да и при запуске штука весьма опасная (на всех соревнованиях при пуске обязательно рядом стоит чел с огнетушителем). Так что, ИМХО, небольшие ТРД оправданы будут только при потребных высоких мощностях и на аппаратах в габаритах не меньше КР или беспилотника класса ТУ-143.
А иначе - это все понтовство типа приведенной выше модели.

Monya> Во-во, тоже читал ветку и пытался понять, каким боком ТРД к соплу Лаваля. В обсуждаемых движках сверхзвуковой скорости и близко нет, нафига там сопло Лаваля?

Подход к расчету хотел понять. С точки зрения газовой динамики...
Аналогичный подход можно не только к соплу Лаваля применять, но и вобще...
Также, само сопло у ТРД есть и его тоже надо рассчитывать. Подход, походу, один и тот же...

Monya> А модели-то бывают разные. Такая вот штука вполне укладывается в габарит сверхмалой авиации.
Monya> А иначе - это все понтовство типа приведенной выше модели.

15-40 кг веса и диаметр 200-300 мм, без учета диаметра вентилятора, меня вполне устроит. А в таких габаритах можно получить вполне себе хороший ТВРД.
Также, речь может идти о генераторе для гибридных транспортных средств или о двигателе для крупных безпилотников...

Т.е. речь идет о нише, между JetCat P200 и приведенными выше малогабаритным двухконтурным (ТРДД)37-01 для ракет Калибр и ТРД 36МТ.
В эту нишу хорошо укладывается малая авиация/гибридные авто/крупные безпилотные ЛА...