اولاً - به خوبی شناخته شده است که سرعت گازهای خروجی هواپیما به راحتی می تواند مافوق صوت شود، مثلاً با یک جت جنگنده ... چرا این محدودیت در موتورهای توربوفن است؟
ثانیاً - اغلب در مطالب آموزشی تأکید می شود که باید از فکر کردن به نیروی رانش به عنوان عمل / فشار دادن به هوای محیط پشت موتور، بر خلاف قانون 3 نیوتن، اما آیا این دقیقاً همان فشار نیست. رانش است؟ با فشار × ناحیه ای که روی آن عمل می کند تعریف می شود...
در واقع، گازهای خروجی را می توان بیش از 1 ماخ منبسط کرد، و انجام این کار منجر به رانش بیشتر ناشی از راندمان بیشتر پیشرانه می شود. مشکل این است که گاز تحت فشار با انبساط سطح مقطع زمانی که کمتر از M1 باشد و در زمانی که بالاتر از M1 باشد منبسط می شود.
بنابراین برای دستیابی به انبساط کامل تا فشار محیط p0 در سرعت اگزوز مافوق صوت، ما به مقطعی نیاز داریم که برای همه شرایط پرواز بایک و سپس منبسط شود. شکل زیر نحوه انجام این کار در جت های جنگنده مافوق صوت را نشان می دهد: با اگزوز جت اجکتور.
اگزوز اولیه در داخل یک لوله نصب می شود و گاز خروجی در حال انبساط جریان ثانویه را می مکد که انبساط جریان اولیه را کم می کند به طوری که به تدریج انجام می شود. جریان ثانویه را می توان به عنوان بخش واگرای اگزوز در نظر گرفت و از اگزوز فلزی واقعی از گرمای پس سوز محافظت می کند. در جت های جنگنده مافوق صوت، هر دو اگزوز اولیه و ثانویه قابل تنظیم هستند: عکس سمت چپ برای سرعت مافوق صوت، سمت راست برای سرعت مافوق صوت.
بنابراین انبساط کامل امکان پذیر است و در عین حال پیچیده است، با نیاز به تغییر مداوم نازل های اگزوز.
اولاً - به خوبی شناخته شده است که سرعت گازهای خروجی هواپیما به راحتی می تواند مافوق صوت شود، مثلاً با یک جت جنگنده ... چرا این محدودیت در موتورهای توربوفن است؟
از آنجایی که جریان اصلی توربوفن از طریق فن است که فقط یک کمپرسور است، در این جریان احتراق صورت نمی گیرد. در اکثر شرایط، جریان بای پس در سرعت‌های زیر صوت به طور کامل گسترش می‌یابد - اگر اینطور نبود، ساخت چهار نازل اگزوز تنظیم‌شده متحدالمرکز مانند تصویر بالا پیچیده و سنگین خواهد بود، برای بهره بسیار محدود. تنها بالاتر از M1.5، افزایش نیروی رانش قابل توجهی از انبساط کامل مافوق صوت وجود خواهد داشت.
ثانیاً - اغلب در مطالب آموزشی تأکید می شود که باید از فکر کردن به نیروی رانش به عنوان عمل / فشار دادن به هوای محیط پشت موتور، بر خلاف قانون 3 نیوتن، اجتناب کنید... اما آیا این دقیقاً همان فشار نیست. رانش است؟ با فشار × ناحیه ای که روی آن عمل می کند تعریف می شود...
دقیقا درسته!نازل های هندسی متغیر: یک گلوگاه در حال انبساط اجازه می دهد تا جریان جرم بیشتری در گلوی خفه شده جریان یابد. در اعداد ماخ پرواز بالاتر، ورودی فشرده سازی بیشتری را فراهم می کند و بنابراین سرعت جریان جرم بیشتری ممکن می شود. به همین دلیل است که وقتی هواپیما سریعتر است و/یا از نیروی رانش بالاتر استفاده می کند، گلوها باز می شوند.
رانش فشار
به دلیل شرایط کاری متفاوت در نازل‌های ثابت در موشک‌ها، "راست فشاری" برای معادله رانش، همراه با تغییر تکانه مورد نیاز است - این یکی یا دیگری نیست، فقط این است که رانش فشار برای موتورهای توربین ناچیز است:
نازل موتور توربین معمولاً طوری طراحی می شود که فشار خروجی را برابر جریان آزاد قرار دهد. در آن صورت، عبارت ناحیه فشار در معادله کلی برابر با صفر است.
هنگامی که مادون صوت است، در طول لوله شتاب می گیرد، زمانی که قطر لوله کاهش می یابد
هنگامی که مافوق صوت است، در طول لوله شتاب می گیرد، زمانی که لوله باز می شود.
به منظور تولید جریان مافوق صوت، شما نیاز دارید
مجرای که ابتدا منقبض می شود تا جریان را تا 1 ماخ در گلو تسریع کند،
سپس یک مجرای که از آنجا منبسط می شود، زیرا در غیر این صورت هیچ شتاب بیشتری برای جریان ایجاد نمی شود - و در 1 ماخ باقی می ماند.
نسبت فشار (فوق العاده بحرانی)، در غیر این صورت جریان فقط تا چیزی کمتر از Mach1 در گلو شتاب می گیرد، اما از آنجایی که مافوق صوت نیست، قسمت واگرا دوباره جریان را کاهش می دهد.
قسمتی که نمی توان بیشتر شتاب داد به نازل های غیر واگرا اشاره دارد. برای طرح‌های مافوق صوت، بخشی در مورد تطبیق نازل وجود دارد - به این معنی که نازل در حالت ایده‌آل باید به اندازه‌ای منبسط شود که فشار استاتیک خروجی با محیط جو مطابقت داشته باشد، در غیر این صورت با کاهش کارایی، انبساط بیش از حد یا کمتر از آن را خواهید داشت.
2) حفظ حرکت
Thrust در واقع از دو بخش تشکیل شده است. ایده این است که هنگام ترسیم یک حجم کنترل در جایی، نیروهای واکنش روی این حجم کنترلی هستند
واکنش مجبور به تعادل در تغییر تکانه در جریان می شود
مجموع تمام فشارهای روی سطوح آن حجم کنترلی (یا از نظر ریاضی درست تر، انتگرال فشار نرمال به سطح حجم کنترل $\int_A p \vec{n} dA$
به عنوان ساده‌سازی، می‌توانیم فرض کنیم که اختلاف فشارها قبل و بعد از موتور - به اندازه کافی بسیار زیاد - ناچیز است، و سپس تنها تفاوت‌های تکانه (سرعت جریان * چگالی) نیروی رانش را فراهم می‌کنند. اما اگر اختلاف فشار به اندازه کافی بزرگ باشد، دیگر نمی توان از این موضوع غافل شد.hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth semester of aerospace engineering
رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا