چگونه فشار درموتور جت به سرعت تبدیل می شود

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 450

سپاس: 226

جنسیت:

تماس:

چگونه فشار درموتور جت به سرعت تبدیل می شود

پست توسط rohamjpl »

بیایید ابتدا با نگاهی به درگ بطور کلی درگ ناشی از آن را در چشم انداز قرار دهیم. Drag فقط جز-جهت پرواز کل نیروی آیرودینامیکی است ، به استثنای رانش موتور. (برای اهداف این بحث ، ما فرض خواهیم کرد که کشش و رانش را می توان به راحتی پاک کرد ، بدون توجه به برخی از مشکلات جدی نظری.) هوایی که بر روی هر عنصر محلی از سطح خارجی هواپیما تأثیر می گذارد ، به نیرویی کمک می کند که می تواند به یک حل شود یک جز به موازات سطح محلی (نیروی برشی) و یک جز a عمود بر سطح (نیروی فشار). وقتی این دو جز در جهت پرواز حل شده و در کل سطح خارجی ادغام شوند ، نیروهای حاصل عموماً به عنوان کشش "اصطکاک پوست" و کشش فشار شناخته می شوند.کشش اصطکاک پوست کاملاً ناشی از اثرات چسبناک (ویسکوزیته و تلاطم) در لایه های مرزی روی سطوح هواپیما است. کشش فشار در نتیجه ترکیبی پیچیده تر از مکانیسم های جریان ، از جمله اثرات چسبناک ، ضربه ها و اثرات جهانی لیفت است. با توجه به داده های کافی برای تعیین توزیع نیروها در سطح ، حل و فصل کشیدن به یک قسمت اصطکاک پوست و یک قسمت فشار ساده است ، زیرا شامل حل ساده بردار به قطعات است. تقسیم کشیدن به کشش چسبناک ، کشش شوک و کشش القایی با توجه به مکانیزم های مسئول خیلی ساده نیست.با توجه به داده های کافی برای تعیین توزیع نیروها در سطح ، حل و فصل کشیدن به یک قسمت اصطکاک پوست و یک قسمت فشار ساده است ، زیرا شامل حل ساده بردار به قطعات است. تقسیم کشیدن به کشش چسبناک ، کشش شوک و کشش القایی با توجه به مکانیزم های مسئول خیلی ساده نیست.با توجه به داده های کافی برای تعیین توزیع نیروها در سطح ، حل و فصل کشیدن به یک قسمت اصطکاک پوست و یک قسمت فشار ساده است ، زیرا شامل حل ساده بردار به قطعات است. تقسیم کشیدن به کشش چسبناک ، کشش شوک و کشش القایی با توجه به مکانیزم های مسئول خیلی ساده نیست.
ما می خواهیم با توجه به تأثیرات جهانی بالابر ، کشش القایی را به عنوان بخشی از کشش تعریف کنیم. ما قبلاً دیده ایم که اثرات جهانی آسانسور به کشش فشار کمک می کند ، اما کشش فشار کل نیز شامل کمک های مکانیسم های جریان دیگر است. چگونه تعریف کنیم که چه مقدار از کشش فشار ناشی از کشش است؟ در مورد توزیع نیروهای وارد شده روی سطح چیزی وجود ندارد که به ما بگویید چه مکانی از کشش ناشی از مکانیسم جریان است. و معلوم می شود که نگاه به میدان جریان نیز تعریف دقیق ندارد. از آنجا که مکانیسم های جریان مختلف با هم تداخل دارند و برهم کنش می کنند ، تأثیرات آنها به یک روش ساده خطی به کشش فشار کل اضافه نمی شود و تجزیه دقیق کشش فشار به قطعات جز امکان پذیر نیست .با این حال ، برای اهداف عملی ، می توان یک تجزیه تقریبی ، بر اساس نظریه های تقریبی ایده آل ، در مورد آنچه در میدان جریان می گذرد ، انجام داد. به عنوان مثال ، اگر جریان در همسایگی یک شوک مشخص باشد ، می توان سهم شوک را در کشش بر اساس فرمول تخمین زد. به همین ترتیب ، اگر توزیع آسانسور به صورت اسپانتی بر روی سطوح بالابر مشخص باشد ، می توان کشش ناشی از آن را با استفاده از نظریه صفحه Trefftz تخمین زد ، که بر اساس یک مدل ایده آل از میدان جریان مرتبط با بارگذاری داده شده است. بنابراین باید به خاطر داشته باشیم که این ایده که کشش را می توان به "اجزای" مختلف تجزیه کرد ، با توجه به مکانیسم های جریان مسئول ، یک ایده آل است. این یک مورد مفید است ، با این حال ، در عمل ، پیش بینی های افزایش کشش بر اساس این مدل های ایده آل کاملاً دقیق ثابت شده است.
حال بیایید ببینیم که چگونه کشش القا شده از سایر اجزای تحت فشار رگ ، از نظر فیزیکی ، متمایز می شود. همه اشکال کشش خود را در میدان جریان به دو روش اصلی نشان می دهند. اول ، حفظ حرکت لازم است که نیروی کشش تعادل حرکت و فشار را تغییر دهد. دوم ، صرفه جویی در انرژی مستلزم آن است که کار انجام شده در برابر نیروی کشش به عنوان افزایش انرژی گرمایی و انرژی جنبشی نشان داده شود. (توجه داشته باشید که گرچه هر دو این روابط را می توان به درستی در هر قاب مرجع بیان کرد ، رابطه کار / انرژی به وضوح در یک قاب مرجع ثابت شده بر روی توده هوا به جای هواپیما قابل درک است ، زیرا این قاب است که کار انجام شده بیشترین ارتباط مستقیم با انرژی صرف شده توسط پیشرانه دارد.) با کشیدن چسبناک و کشش شوک ،اتلاف انرژی در گرما فوری است و انرژی جنبشی بسیار کمی در آن دخیل است. کشش القایی از این نظر منحصر به فرد است که تقریباً تمام انرژی اضافه شده به جریان در ابتدا به عنوان انرژی جنبشی نشان داده می شود و فقط به تدریج و در مسافت طولانی پایین دست در گرما پخش می شود.
انرژی جنبشی تولید شده توسط کشش القایی با یک حرکت هوا در مقیاس بزرگ ناشی از نیروهای بالابرنده ، بیشتر روی بال ، در ارتباط است. به طور کلی ، حرکت عمود بر جهت پرواز است و با جریان رو به پایین در منطقه بین نوک بال و جریان رو به بالا خارج از نوک مشخص می شود ،توجه داشته باشید که این سرعتهای ناشی از بالابر فقط در اطراف خود بال یا نوک بال متمرکز نشده اند ، بلکه نسبتاً پراکنده در منطقه وسیعی از میدان جریان پخش می شوند.
در حالی که هوای بیش از حدود یک بال جلوتر از بال اساساً خللی ندارد ، الگوی جریان کلی در فاصله تقریباً یک بال در پشت بال به مقاومت کامل می رسد و به طور کلی در مسافت های طولانی پایین دست ادامه می یابد. در محل خود بال ، الگوی جریان تقریباً به نیمی از حداکثر مقاومت خود رسیده است و بال از طریق هوایی پرواز می کند که در حال حاضر بین نوک بال به طور کلی به سمت پایین حرکت می کند. بنابراین می توان بال را پرواز در پایین دستی ساخت خود دانست. به دلیل افت چشمگیر ، یا "پایین شستشو" ، بردار کلی آشکار کمی به عقب متمایل می شود. این جز رو به عقب لیفت ظاهری است که به عنوان کشش القایی احساس می شود. وقتی به تعادل نیرو / مومنت نگاه می کنیم ،کشش ناشی از آن در درجه اول به عنوان فشار کاهش یافته در پایین دست بال ظاهر می شود.
کمپرسور محوری هوا را وادار می کند تا در یک فضای فزاینده تنگ جریان یابد ، جایی که گرادیان فشار کافی وجود ندارد (به دلیل وجود محفظه احتراق فشار زیاد فراتر از آن) برای اثر برنولی سرعت را افزایش می دهد و آن را خفه می کند ، همانطور که در نازل ها اتفاق می افتد.
یک توربین محوری به گاز اجازه می دهد تا در یک مجرا به طور فزاینده گسترده ای به پایین از شیب فشار از احتراق به اگزوز عبور کند.
اما این چیزی است که من نمی فهمم. به طور معمول ، ما از نازل برای سرعت بخشیدن به جریان استفاده می کنیم. در جریان زیر صوت ، همانطور که در توربین ها اتفاق می افتد ، یک انقباض سرعت جریان را افزایش می دهد و یک جت جهت دار خوب می دهد. افزایش ، سرعت و افزایش فشار را کاهش می دهد - نه آنچه را که ما برای یک توربین می خواهیم. خوب - شیب فشار این کار را در موتور جت غرق می کند ، اما جریان حاصل از جهت کمتر از نازل خواهد بود.
بنابراین ، چرا به جای نازل های همگرا برای سرعت بخشیدن به جریان از معابر توربین واگرا استفاده می کنیم؟
با گرم شدن هوای وارد شده از موتور با سوختن سوخت در احتراق ها ، حجم آن بسیار افزایش می یابد. برای حفظ تداوم جریان جرم ، آن گازهای داغ باید با سرعتی بیشتر از سرعت هوای ورودی به موتور شتاب بگیرند. بنابراین تمام بسته های گازی که از موتور عبور می کنند ، تغییر در حرکت خود را تجربه می کنند که این امر مستلزم اعمال نیرو است و نیروی واکنش حاصل از آن بر روی موتور ، رانش آن است .
برای رانندگی کمپرسور در قسمت ورودی موتور ، یک توربین در قسمت انتهایی موتور پشت محفظه های احتراق تعبیه شده است. در مرحله اول توربین کمی جریان از جریان آن خارج می شود که باعث کند شدن جریان می شود. باز هم ، برای حفظ تداوم جریان جرم ، مرحله بعدی توربین باید دارای قطر کمی بزرگتر و پره های بزرگتر باشد و کمی بیشتر از جریان (کمی کندتر) جریان خارج می کند.
این بدان معناست که وقتی گاز داغ از طریق تمام مراحل پی در پی توربین جریان می یابد ، سطح مقطع گلو توربین باید به تدریج در هر مرحله بزرگتر شود ، که باعث می شود بخش توربین موتور مانند یک نازل واگرا باشد.
آیا گلو باید بزرگتر از آنچه که قبل از آن بود ، کوچک باشد؟ به عنوان مثال ، اگر ما با این عبور واگرا و بدون توربین ، گاز را از حجم احتراق مستقیماً به حجم لوله انتهایی گسترش دهیم ، چه اتفاقی می افتد؟ آیا ما تمام انرژی جنبشی را بدست خواهیم آورد یا تلفاتی وجود دارد؟ -
اگر این کار را انجام دهید راهی برای کار کمپرسور وجود ندارد!
توربین از جریان جرم کار می کند و آن را از طریق شافت می فرستد تا کمپرسور را بچرخاند. بدون کمپرسور ، موتور دیگر موتور نیست. به چرخه brayton نگاه کنید . -
توربین نه تنها باعث کند شدن جریان می شود ، بلکه باعث می شود تا منبسط شود ، بنابراین چگالی کاهش می یابد و حجم آن بالا می رود. سرعت به اندازه چگالی توربین تغییر نمی کند. -
موتور جت به طور کلی یک نازل همگرا است: قطر ورودی بسیار بیشتر از قطر خروجی است. هوا هنگام عبور از هوا فشرده می شود و اختلاف فشار بین ورودی و خروجی هواپیما را به جلو سوق می دهد.
بیشتر هوایی که وارد یک موتور جت مدرن می شود ، فقط توسط فن چرخان عظیمی که از جلوی موتور دیده می شود ، کمی فشرده می شود. از این هوا برای پیشبرد هواپیما استفاده می شود. حتی می توانید مانند یک پروانه بزرگ به این فن فکر کنید. فقط کسری از هوای ورودی در یک سری مراحل اضافی کمپرسور بیشتر فشرده می شود و سپس از طریق محفظه سوختن هدایت می شود. هوای گرم متراکم موجود در محفظه سوختن در توربین از حالت فشرده خارج می شود ، بنابراین بیشتر انرژی مکانیکی به توربین منتقل می شود. از توربین انرژی به کمپرسور می رود و سپس هواپیما را به جلو سوق می دهد.
چرا این روش غیر مستقیم؟ خوب ، استفاده مستقیم از گاز داغ برای پیشران هواپیما منجر به ایجاد یک سیستم ناکارآمد با اختلاف فشار زیاد بین ورودی و خروجی می شود.
این پاسخ در واقع مربوط به توربوجت در مقابل توربوفن است. منظور من این بود که چرا برای تسریع جریان صوتی از یک گذر واگرا در قسمت توربین بعد از احتراق استفاده می شود؟ -
خوب ، همانطور که در جواب آورده شده است: هوای گرم و فشرده شده از محفظه سوختن در توربین از حالت فشرده خارج می شود تا انرژی مکانیکی خود را به توربین منتقل کند. شتاب دادن هوای گرم نیز ایده خوبی است ، زیرا این امر باعث افزایش حرکت در عقب موتور و در نتیجه وارد آمدن نیروی هواپیما می شود. -
تصویر

ارسال پست