چرا نازل متغییر در جت های نظامی کاربرد دارد

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesamiرهام حسامی

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1471

سپاس: 3154

جنسیت:

تماس:

چرا نازل متغییر در جت های نظامی کاربرد دارد

پست توسط rohamjpl »

یک نازل منطقه وریبل به تنظیم فشار خروجی گازهای کمباسشن با فشار محیط کمک می کنه . هنگامی که آنها از توربین خارج می شن گازهای کمباسشن هنوز مقداری فشار باقی مانده دارند که توسط یک کانتور همگرا از نازل به سرعت تبدیل می شود.پس چرا یک نازل وریبل در هواپیماهای مجهز به افتربرنر نیازه تصویر
یک لوله جت افتربرنر بزرگتر از یک لوله جت تجاری هست لذا یک لوله جت افتربرنر مجهز به یک نازل دو حالته یا وریبل است تا بتونه تحت هر شرایطی کار کنه پس .افتربرنر روشیه کارامد برای افزایش نیروی "پروپولشن اینجین جت برای مدت زمان کوتاه به منظور بهبود عملکرد برخاستن یا صعود یا جنگیدن هواپیما.که در تجاری ما نیاز نداریم به دلیل مصرف س.خت بالا و عدم سرعت بالاببین کلا ما هواپيماهاي زير سرعت صوت يا مادون صوت با محدوده سرعت ۳۵۰ تا ۹۵۰ كيلومتر بر ساعت، Subsonic
▪ هواپيماهاي حدود سرعت صوت با محدوده سرعت ۹۵۰ تا ۱۲۰۰ كيلومتر بر ساعت، Transonic
▪ هواپيماهاي سرعت صوت با محدوده سرعت دقيقاً سرعت صوت نسبت به محيط، Sonic
▪ هواپيماهاي بالاي سرعت صوت يا مافوق سرعت صوت با محدوده سرعت ۱ ماخ تا ۵ ماخ، Supersonic
▪ هواپيماهاي با سرعت بسيار بيشتر از سرعت صوت با محدوده سرعت ۵ ماخ و بالاتر، Hypersonic
حالا حتما میپرسید چرا اینجین بزرگتر نمیکنند جوابش ساده افزایش وزن و سطح جلو و مصرف کلی فیول پس چرا با افتربرنر انجام ندیم
فیول یک اینجین توربین در مقدار زیادی هوا می سوزد و مقدار کافی اکسیژن برای پشتیبانی از کمباسشن بیشتر فراهم می کند. به همین دلیل، تزریق فیول اضافی برای سوختن در پایین دست توربین امکان پذیر ه و نیروی "پروپولشن کلی اینجین جت را افزایش می ده
بازم میگین متوجه نشدم خوب ادامه مطلب منو ببینی خوبه به سایر پستهایم در زمینه نازل ها به لینک کمکی همچنین سیستم اینجین جت و تفاوت اینجین جت تجاری با اینجین جنگنده سری بزنید مفید هست .خوب جت نظامی دارای بای پس کم هست افتربرنر در اینجینهای بای پس کم با مخلوط کردن جریان های کنارگذر و توربین قبل از تزریق فیول افتربرنر حاصل می شه. با این کار، کمباسشن در جریان اگزوز مخلوط صورت می گیرد. روش دیگر تزریق فیول و تثبیت شعله به صورت جداگانه در جریان های بای پس و توربین است و گازهای موجود را تا دمای خروجی مشترک در خروجی نازل می سوزانند.برای اینکه جت بتواند بدون سوختن پس از سوختن کار کند، لوله جت با یک نازل "پروپولشن دو موقعیت یا با ناحیه وریبل مطابق شکل بالا نصب شده است. هنگامی که افتربرنر استفاده نمی شود، نازل در پیکربندی بسته خود باقی می مونه اما زمانی که افتربرنر شروع می شه باز می شن تا ناحیه خروجی افزایش یابه و از ایجاد فشار در لوله جت جلوگیری بشه که می تونه بر عملکرد توربین تأثیر منفی بگذاره یک نازل دو حالته دارای دو پلک است که می توان آنها را بدون توجه به دیگری حرکت داد تا ناحیه نازل باز یا بسته شود. یک نازل با ناحیه وریبل از چند فلپ تشکیل شده که در کنار هم به صورت حلقه ای در اطراف نازل خروجی قرار گرفته و به محفظه بیرونی لولا شده اند. نازل ها می توانند بوسیله غلتک های روتیتینگ که توسط یک کامترک و یک محرک خطی (رام عامل) به حرکت در بیان به داخل یا خارج از جریان بچرخند. هنگامی که افتربرنر شروع میشه یک واحد کنترل فیول مقدار صحیح فیول را برای جریان در لوله جت تعیین می کنه تا تعادل صحیحی بین افزایش فشار لوله جت و نسبت فشار در سراسر توربین ایجاد کنه. نسبت فشار در سراسر توربین برای عملکرد کارآمد اینجین جت بسیار مهمه زیرا انرژی لازم برای عملکرد مراحل کمپرسور را فراهم می کنه. بنابراین، سیستم کنترل می تونه به طور خودکار منطقه خروجی نازل را تغییر بده تا نسبت فشار صحیح در سراسر توربین حفظ بشه - هر چه درجه افتربرنر بالاتر باشد، افزایش فشار در لوله جت بیشتر می شه . .تصویر
"پروپولشنو مصرف سوخت
افزایش "پروپولشن تابعی از افزایش دمای لوله جت در نتیجه افتر برنر است. برای یک سیستم کاملاً کارآمد رابطه بین نسبت دما قبل و بعد از سوختن فیول و افزایش "پروپولشن تقریباً خطی در محدوده عملیاتی معمولی با نسبت‌های دمایی 1.4 تا 2.2 است. در این محدوده می توانم انتظار افزایش 40 درصدی "پروپولشن را برای دو برابر شدن دما در لوله جت داشته باشم . بنابراین اگرافتر برنر دمای لوله جت را از 700 درجه سانتی‌گراد (973 کلوین) به 1500 درجه سانتی‌گراد (1773 کلوین) افزایشبده باعث افزایش "پروپولشن در حدود 36 درصد میشه.
تصویر
افتر برنر کلا به طور طبیعی با افزایش بهتر بگم اینجا قمار مصرف فیول همراهه و به همین دلیله که افتربرنر معمولاً محدود به زمان و عملیات های کوتاه هستش میدونید هدف کمپرسور در اینجین جت کلاسیک افزایش فشار هوای ورودی به فشار بهینه برای کمباسشن کارآمده. پس از انبساط توسط مرحله توربین، گازها در درجه تراکم پایین تری قرار دارند و بنابراین فیول به اندازه محفظه کمباسشن بین کمپرسور و توربین سوزانده نمی شن. برای افزایش 70 درصدی "پروپولشن مصرف فیول به راحتی می تواند دو برابر شود، اماالبته این افزایش مصرف فیول با بهبود عملکرد از نظر برخاستن و صعود متعادل می شه. معنی واضحی داره ببینید که افزایش مصرف فیولبا زمان صرفه جویی شده برای طی کردن مسافت مورد نظر یا مانور عملیاتی متعادل میشه .اما باز میگم برای زمانهای کوتاه و انجام یک عملیات در زمان کم مثل لندینگ و لیفتینگ
تصویر
پس فهمیدیم که یک نازل سطح وریبل به تنظیم فشار خروجی گازهای کمباسشن با فشار محیط کمک می کنه. هنگامی که آنها از توربین خارج می شن گازهای کمباسشن هنوز مقداری فشار باقی مانده دارند که توسط یک کانتور همگرا از نازل به سرعت تبدیل می شود.
اگر گازهای کمباسشن فشار کافی برای شتاب گرفتن به سرعت مافوق صوت داشته باشند، نازل در واقع ابتدا همگرا و سپس واگرا می شود تا به بهترین شتاب جریان برسد. جریان همگرا و مادون صوت شتاب می گیرد تا جایی که در قسمتی با کوچکترین ناحیه به نام گلوگاه به سرعت صوت می رسد و بخش واگرای زیر جریان مافوق صوت را بیشتر شتاب می ده تا زمانی که فشار آن به فشار محیط کاهش پیداکنه این نازل con-di-di-nozzle باید هم سطح مقطع گلو و هم سطح مقطع ناحیه خروجی را تنظیم کند. به خصوص ناحيه گلو درست نگرفتن به معناي از دست دادن قابل توجه تراست در عمل خواهد شد دیگه من اینجا محاسباتشو نیاوردم .سنگینه و باید هر پارامتر بگم چیه
نازل con-di
اینجینهای افتربرنربه دلیل شرایط کاری متفاوت در حالت خشک و مرطوب به نازل های قابل تطبیق نیاز دارند بنابراین بیشترین سود را از نازل های قابل تنظیم می برند. گرم کردن مجدد گاز خروجی به معنای افزایش حجم آن است، بنابراین نازل باید بازتر شود تا به درستی مطابقت داده بشه. به طور کلی، اگر سرعت خروج گازهای کمباسشن مافوق صوت باشد، به یک نازل قابل تنظیم نیاز است. حتی برخی از جت های اولیه بدون افتربرنر دارای یک نازل قابل تنظیم بودند . در تصویر زیر دقت کنید که سطح مقطع در قسمت آخر نازل مجدداً گشاد می شود که نشان می دهد جریان اگزوز اینجین کمی مافوق صوت بوده است.
تصویر
اینجینهای هواپیما فقط از یک نازل قابل تنظیم سود کمی خواهند داشت و با توجه به افزایش جرم یک نازل کاملاً قابل تنظیم، در مجموع بازده کمتری خواهند داشت. هواپیماهای کوتاه برد معمولاً هندسه نازلی دارند که برای عملکرد میدانی بهینه شده است در حالی که هواپیماهای دوربرد ترجیح می دهند برای بهترین بازده کروز بهینه سازی کنند. سرعت خروجی جریان هسته آنها هنوز مافوق صوت یا فقط مافوق صوت خفیف است - لطفاً توجه داشته باشید که سرعت صدا در گاز کمباسشن گرم شده بسیار بالاتر است. در دمای 500 درجه سانتی گراد سرعت صوت تقریباً 560 متر بر ثانیه است.
نازل فن منطقه وریبل سعی می کنه همان کاری را که نازل معمولی برای جریان هسته جت انجام می ده برای جریان فن انجام بده. بنابراین این در واقع یک مفهوم مرتبط است و به بهینه سازی عملکرد در سرعت کم و بالا کمک می کند. سرعت خروجی جریان فن در هنگام برخاستن مافوق صوت و در کروز مافوق صوت ملایم است، و از آنجایی که جریان جرمی آن بسیار بیشتر از جریان هسته در اینجینهای هواپیما است وریبل نازل زودتر جواب می ده. با تنظیم فشار خروجی با تغییر ناحیه خروجی می تونیم برخی از دستاوردهای عملکرد را کاهش بدیم
تصویر
هدف نازل در جریان مادون صوت، منقبض کردن ایرفلو است بنابراین نیروی "پروپولشن در هنگام خروج از اینجین به شدت افزایش می‌یابه (از نظر فنی ما بچه های هوافضا میگیم گاز را به "پروپولشن تبدیل می‌کند و در نتیجه ژنراتور گاز را به یک اینجین جت تبدیل می‌کند.) پس گاز خروجی از توربین تقریباً مانند زمانی که نازل محدود می شه نیروی "پروپولشن از پشت خارج نمی شه.خوب مثال معمولش همه جا اینو میگن استاد ما تو جزوه همین گفته منم میگم شما می توانید آن را مانند قرار دادن انگشت شست خود روی انتهای شلنگ در نظر بگیرین جریان بسیار سریعتر است زیرا جریان آب را محدود می کنید.r از نظر فنی تر، سرعت جریان افزایش می یابد در حالی که فشار واقعی کاهش می یابد - اثر ونتوری. با این حال، در طول عملیات افتربرنر نازل ها اثر معکوس دارند و بستن آنها در واقع سرعت جریان را کاهش می دهد. بنابراین، در طول جریان مافوق صوت، نازل ها در واقع باز می شوند.
تصویر
حرکت دریچه گاز به جلو در جت چند کار را انجام می ده فیول را افزایش می ده گاز بیشتری ایجاد می کنه و همچنین نازل ها را محدود می کنه.
راندمان جواب شما
اگر دلیلی وجود داشت که هواپیماهای تجاری همان اینجینهایی را که ما داریم ندارند این همان خواهد بود. به استثنای اینجینهای توربوجت بسیار ناکارآمد تقریباً تمام هواپیماهای تجاری به اینجینهای توربوفن مجهزندبه طور دقیق، توربوفن های بای پس بالا. که در اینجینهای مدرن استفاده می شه به آنها اجازه می ده بسیار کارآمدتر از اینجینهای ما کار کنند. با یک اینجین بای پس بالا، تمام جریان مادون صوت باقی می‌مونه و یک اگزوز ثابت نه تنها مقرون به صرفه‌تر است، بلکه ایمن‌تر نیز هست زیرا نمی‌تواند باز شود و نیروی "پروپولشن را کاهش بده . هواپیماهای جنگنده نیز از توربوفن استفاده می کنند، با این حال هواپیماهای ما بای پس کم هستند و فیول بسیار بیشتری نسبت به همتایان غیرنظامی مصرف می کنند. مزیت این است که ما همچنین می‌توانیم در محیط بسیار متنوع‌تری کار کنیم
بنابراین اگه دوباره می‌پرسید چرا اینجینهای جت با افتر برنر از نازل‌های منطقه وریبل استفاده می‌کنند
چنین اینجینهایی ممکن است برای مصارف نظامی یا تجاری باشند، اما برای سرعت دادن هواپیما به سمت مافوق صوت استفاده می شوند.
یک دلیل اساسی برای تغییر ناحیه نازل وجود دارد و آن حفظ ایرفلوی اینجین است.بیایم از فرمول بندی استفاده کنم میدونید رهام هست فرمول .این عادت منه بیام از نظر ریاضی و نرم افزاری شبیه سازی کنم که چرا
عملکرد نازل برای نازل همگرا:
عملکرد نازل پارامتر جریان را نشان می ده -$ Wg·Sqrt(Tt)/[Pt·A]$ - در مقابل نسبت فشار نازل - Pt8/Ps8$ $که در آن:
Wg = ایرفلو به علاوه کمباسشن
Tt = دمای کل
Pt = فشار کل
A = ناحیه در گلوی نازل
Pt8 = فشار کل در گلوگاه نازل
Ps8 = فشار استاتیک در گلوگاه نازل
در M = 1 به حداکثر می رسد (تعداد ماخ گلوی نازل = 1).
بدون Afterburner
در این مرحله پارامتر جریان در گلوگاه نازل با حالت افتر برنر تغییری نمیکنه بلکه کم میشه
با Afterburner
اگرافتربرنر راه اندازی شود، دمای کل داخل نازل، Tt8، به شدت افزایش می یابد. فرض کنید دما دو برابر شود؟
سپس Sqrt(2·Tt8) = 1.4·Sqrt(Tt8)، و شما 1.4 برابر پارامتر جریان خفه شده در گلو دارید.
اما پارامتر جریان نمی تواند افزایش یابد، بنابراین آنچه اتفاق می افتد این است که ایر فلو به میزان 1.4 کاهش می یابد. و این ایرفلو از کجا میاد از خروجی توربین که از خروجی مشعل می آید که از خروجی کمپرسور که از ورودی کمپرسور می آید.
بعد چه اتفاقی می افته اگر FADEC (کنترل الکترونیکی دیجیتال کامل) سعی کنه با افزایش جریان فیول به مشعل، سرعت روتور کمپرسور را حفظ کنه تا خروجی توربین را افزایش بده در واقع، این می تونه منجر به دمای بیش از حد توربین شود بنابراین FADEC باید تقاضا را کاهش بده
همچنین روشن شدن افتربرنر باعث افزایش Tt8 می شود، باعث کاهش Pt8 نیز می شود... افت فشاری که ناشی از گرمایش است. این یک فرآیند ریلی است وتلفات داغ را به حساب می آوره. در A/B افتر برنر )، تلفات اصطکاکی یا سرد وجود دارد، اما این تلفات در مقایسه با تلفات داغ بسیار کم است. این تلفات کل فشار همچنین باعث افزایش پارامتر جریان می شود، زیرا Pt در مخرج پارامتر جریان است و به اتلاف ایرفلو کمک می کند.
راه حل مشکل Tt بیشتر و پلاتین کمتر که جریان نازل را محدود می کنه افزایش سطح نازل است - در این صورت همه اجزای دیگر اینجین راحت انجام کار میدند و فشاری نمیاد می شوند.
در مورد بخش واگرای نازل - این است که گازها را به نزدیکی محیط باز کنید و در انجام این کار مقداری "پروپولشن بیشتر به دست آورید.hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
تصویر

ارسال پست