Değişken alanlı bir nozul, yanma gazlarının çıkış basıncını ortam basıncına göre ayarlamaya yardımcı olur. Türbini terk ettiklerinde, yanma gazlarının hala bir miktar kalan basıncı vardır ve bu basınç, nozülün yakınsak bir çevresi tarafından hıza dönüştürülür.

Yanma gazları, süpersonik hıza ivmelenecek kadar yeterli basınca sahipse, nozül aslında akışın en iyi ivmesini elde etmek için önce yakınsak ve sonra ıraksandır. Yakınsak, ses altı akış, boğaz adı verilen en küçük alana sahip bölüme kadar hızlanır, ses hızına ulaşılır ve sonraki ıraksak bölüm, basıncı ortam basıncına düşene kadar artık süpersonik akışı daha da hızlandırır. Bu con-di-nozülün hem boğazın enine kesitini hem de çıkış alanının enine kesitini ayarlaması gerekir. Özellikle boğaz bölgesinin doğru alınmaması, operasyonda önemli itme kaybı anlamına gelecektir.

Son yakma motorları, kuru ve ıslak moddaki farklı çalışma koşulları nedeniyle uyarlanabilir nozullara ihtiyaç duyar, bu yüzden en çok ayarlanabilir nozullardan faydalanırlar. Egzoz gazının yeniden ısıtılması, hacmini arttırmak anlamına gelir, bu nedenle nozülün uygun şekilde eşleşmesi için daha geniş olması gerekir. Genel olarak, yanma gazlarının çıkış hızı süpersonik ise, ayarlanabilir bir nozul gereklidir. Art yakıcıları olmayan bazı eski jetlerin bile ayarlanabilir bir nozulu vardı: Jumo-004 nozulun merkezi konisi öne ve arkaya hareket ettirilebilir, bu da soğanlı arka bölümün yerini değiştirerek boğaz bölgesinin alınmasına yardımcı olur sağ. Aşağıdaki resimde, Jumo motorunun egzoz akışının hafifçe süpersonik olduğunu gösteren, nozülün son kısmında kesitin tekrar genişlediğine dikkat edin.

Uçak motorları, ayarlanabilir bir nozülden çok az kazanç sağlar ve tamamen ayarlanabilir bir nozülün kütle artışı düşünüldüğünde, toplamda daha düşük verimlilik elde edilir. Kısa menzilli uçaklar genellikle saha performansı için optimize edilmiş nozul geometrilerine sahipken, uzun menzilli uçaklar en iyi seyir verimliliği için optimize etmeyi tercih eder. Çekirdek akış çıkış hızları hala ses altı veya sadece hafif süpersoniktir - lütfen ısıtılmış yanma gazındaki ses hızının çok daha yüksek olduğunu unutmayın. 500 ° C'de ses hızı neredeyse 560 m / sn'dir.

Değişken alanlı fan nozulu, bir jetin çekirdek akışı için normal nozülün yaptığını fan akışı için yapmaya çalışır. Dolayısıyla bu gerçekten alakalı bir kavramdır ve hem düşük hem de yüksek hızda performansı optimize etmeye yardımcı olur. Aşağıdaki resim ABD patenti 2011 / 0302907A1'den kopyalanmıştır ve kaportanın ayarlanabilir bir uç kısmını (çapraz çizgili, 54) göstermektedir. Fan akışının çıkış hızı, kalkışta ses altı ve seyir sırasında hafif süpersoniktir ve kütle akışı, uçak motorlarındaki çekirdekten çok daha yüksek olduğundan, nozül değişkeninin daha erken amorti etmesini sağlar. Çıkış alanını değiştirerek çıkış basıncını ayarlayarak, bazı performans kazanımlarını azaltabilir.

Mühendis olmasam da, ayarlanabilir nozullu uçaklarla uçuyorum ve temel çalışma prensiplerine biraz ışık tutabilirim:

Amaç

Ses altı akışta memenin amacı, hava akışını daraltmak, böylece motordan çıkarken itme kuvvetini büyük ölçüde arttırmaktır (teknik olarak konuşursak, gazı bir itme kuvvetine dönüştürür, böylece gaz jeneratörünü bir jet motoru yapar .) Eğer meme yoksa, türbinden çıkan gaz, nozül kısıtlandığında olduğu gibi arkadan çıkan neredeyse aynı itişe sahip olmayacaktır. Başparmağınızı bir hortumun ucuna yerleştirmek gibi düşünebilirsiniz, su akışını kısıtladığınız için akış çok daha hızlıdır. Daha teknik olarak, gerçek basınç azalırken akış hızı artar - venturi etkisi. Bununla birlikte, son yakma işlemleri sırasında, nozullar ters etkiye sahiptir ve bunları kapatmak, akış hızını düşürür. Böylece, süpersonik akış sırasında nozüller gerçekten açılır.

Çalıştırma

Gaz kolunu bir jet üzerinde ileri doğru hareket ettirmek birkaç şey yapar, yakıtı arttırır, daha fazla gaz oluşturur ve ayrıca nozülleri kısıtlar. Taksi operasyonları sırasında, rölanti duruşlarından çıkarken kısıtlayan nozulların, N2'deki gerçek artıştan daha fazla hareket eden jet üzerinde etkisi olduğunu tahmin ediyorum. Aslında, püskürtme uçları düzgün bir şekilde kısıtlanmasaydı ve uçuş sırasında aniden açılsaydı, jet gökten düşerdi. Uyguladığımız gerçek bir acil durumdur, çünkü bazen nozullar arızalanabilir ve bu da en kötü senaryoda sizi iki işe yaramaz motorla bırakabilir. Ancak, çoğu şeyde olduğu gibi, bir uyarı var. Art yakıcıda çalışırken nozullar tekrar açılır. AB'de kapalı olarak sıkışmış nozullar, mil cinsinden açık kalmış nozulların yaptığı etkiyle aynı etkiye sahiptir - bir tuğla olursunuz. Dolayısıyla, esasen, nozullar yalnızca motorunuz artçı yakma ve süpersonik akış üretebiliyorsa gereklidir. Brülörün altında açık nozullarla itme oluşturamazsınız ve brülörde kapalı nozullar ile itme oluşturamazsınız. AB dışı motorların ihtiyaç duymadığı karmaşıklık ve uçuş sırasında başarısız olabilecek daha fazlası.

Etkinlik

Ticari uçakların bizim sahip olduğumuz motorlara sahip olmamasının herhangi bir nedeni olsaydı, bu olurdu. Oldukça verimsiz turbojet motorlar haricinde, neredeyse tüm ticari uçaklar, hassas olması için turbofan motorlarla, yüksek baypaslı turbofanlarla donatılmıştır. Modern motorlarda kullanılan yüksek baypas akışı, yabani otlara girmeden motorlarımızdan çok daha verimli çalışmalarını sağlar. Yüksek baypaslı bir motorla, tüm akış ses altı kalacaktır ve sabit bir egzoz sadece daha ekonomik olmakla kalmaz, aynı zamanda daha güvenlidir çünkü açılıp itişi azaltamaz. Savaş uçakları da turbofan kullanıyor, ancak bizimki düşük baypaslı ve sivil meslektaşlarımızdan çok daha fazla yakıt tüketiyor. Bunun yararı, çok daha çeşitli bir ortamda çalışabilmemizdir: yüksek AoA'lar, süpersonik akış, hızlı güç dalgalanmaları, vb. Misyonumuz göz önüne alındığında, kayıp verimlilik ile performans kazancı arasındaki denge mantıklı. Referans olarak, Super Hornet'te motorlarımız MAX'ta 38.000 pph'nin üzerinde yanar. Bu tür bir verimsizlik, bir havayolunu hızla iflas ettirir çünkü aynı türden operasyonel gereksinimlere sahip değillerdir. Doğrusu, MAX'de her zaman uçmuyoruz, ama siz anladınız.

Peter Kämpf zaten güzel diyagramlarla güzel uzun yanıtlar verdi. tl; dr, şey ses altı ve süpersonik akışa farklı davranıyor. Amaç egzoz hızını artırmaktır. Ses altı akış için bunu kısıtlayarak elde edersiniz, ancak ses üstü akış için genişletmeniz gerekir. Bu nedenle süpersonik motorlar (ve süpersonik egzoz hızına nadiren art yakıcı olmadan ulaşılır) değişken alanlı nozullara ihtiyaç duyar, ses altı motorlar (Concorde hariç tüm uçak motorları) gerekmez.

Bana göre cevabı kendi bağlantınız veriyor:

Son yanmayan ses altı motorların nozülleri sabit boyutta çünkü rakım ve ses altı uçuş hızları ile motor performansındaki değişiklikler bir sabit meme. Concorde için "Kuru çalışma sırasında nozul alanı kontrolü" bölümünde açıklanan süpersonik hızlarda durum böyle değildir.

Bu ayarlanabilir nozül, itme vektörü sağlar. Bu, en çok uçağın arka tarafında, kütle merkezinden uzakta, yunuslama ve yalpalama konusunda destek sağladıkları yerde etkilidir.

Yani, kanat altı motorlarla sadece yuvarlanmaya yardımcı olur. Bu konfigürasyonda eğim ve sapmaya yardımcı olunmaz ve mevcut kanatçıklar bunun için fazlasıyla yeterlidir.

Mekanizma, bakım ve beraberinde getirilmesi için fazladan yakıt gerektiren karmaşık ve ağır bir mekanizmadır.

Çoğu (concorde'dan bu yana) ticari uçakların çoğu, atmosferik koşullardaki değişikliğin, eklenen karmaşıklığı garanti edecek kadar nozul alanının etkisini değiştirmediği ses altı uçuculardır.

Şimdiye kadar bahsedilmeyen veya dikkate alınmayan bir şey, jet borusu nozulu alan değiştirdikçe içindeki statik basıncın da değişeceğidir. Sonuç olarak, L.P. türbinindeki (ikiz veya üçlü bir makaralı motor varsayıldığında) diferansiyel basınç da değişecektir. Bu, L.P. kompresörünü hızlandırır veya yavaşlatır.

"Art yakıcılı jet motorları neden değişken alanlı nozullar kullanıyor?" diye soruyorsunuz.

Bu tür motorlar askeri veya ticari kullanım için olabilir, ancak uçağı süpersonik hale getirmek için kullanılır. Concorde, motorları art arda yanan, askeri olmayan süpersonik bir uçak örneğiydi.

Nozul alanının değişmesinin temel bir nedeni vardır ve "motor hava akışını korumaktır".

Yakınsak nozul için Nozul Performansı:

Bir nozul performans grafiği akış parametresini gösterir - Wg · Sqrt (Tt) / [Pt · A] - - nozul basınç oranına karşı - Pt8 / Ps8 burada:
Wg = hava akışı artı ürünlerden yanma, dolayısıyla bozulmuş hava
Tt = toplam sıcaklık
Pt = toplam basınç
A = nozul boğazındaki alan
Pt8 = nozul boğazındaki toplam basınç
Ps8 = nozul boğazındaki statik basınç

M = 1'de maksimuma ulaşır (nozul boğazı Mach sayısı = 1 ).

Akış parametresinin değeri yaklaşık 0,5318.Wg Sqrt (Tt) / [Pt A] = f (M, k, R), burada
k = özgül ısı oranı,
R = gaz sabiti

Ardıl Yakıcı Olmadan

"Askeri güçte" kuru çalışma sırasında motor tasarım noktasında,% 100 kompresör hızında, Kompresör & türbini iyi bir eşleşme noktasına (termodinamik & aerodinamik) sahip olacak şekilde tasarlanmışsa & türbini tasarım noktası.

Bu noktada, nozul boğazındaki akış parametresi maksimum ~ = 0,5318'dir.

Afterburner ile

Art yakıcı başlatılırsa, toplam nozül içindeki sıcaklık, Tt8, keskin bir şekilde artar. Sıcaklığın ikiye katlandığını varsayalım?
sonra Sqrt (2 · Tt8) = 1,4 · Sqrt (Tt8) ve boğazda boğulmuş akış parametresinin 1,4 katı var.

Ancak akış parametresi artamaz, bu nedenle olan şey, hava akışının 1,4 kat azalmasıdır. Ve bu hava akımı nereden geliyor? Kompresör girişinden gelen kompresör çıkışından gelen brülör çıkışından gelen türbin çıkışından.

Sonra ne olacak? FADEC (Tam Yetkili Dijital Elektronik Kontrol) türbin çıkışını artırmak için brülöre giden yakıt akışını artırarak kompresör rotor hızını korumaya çalışırsa bir motor dalgalanması. Aslında, bu türbin aşırı ısınmasına neden olabilir, bu nedenle FADEC talebi kısmak zorunda.

Art yakıcıyı yakmanın Tt8'in artmasına neden olmasının yanı sıra, Pt8'de bir düşüşe neden olur ... ısınmadan kaynaklanan bir basınç düşüşü vardır. Bu bir Rayleigh sürecidir ve 'sıcak kayıpları' açıklar. Bir A / B'de (art yakıcı) sürtünme veya soğuk kayıplar vardır, ancak bunlar sıcak kayıplara kıyasla minimumdur. Bu toplam basınç kayıpları, Pt akış parametresi paydasında olduğu için akış parametresinin artmasına da neden olur ve hava akışındaki kayba katkıda bulunur.

Nozulu kısıtlayan daha yüksek Tt ve daha düşük Pt sorununa çözüm akış, nozul alanını artırmaktır - o zaman motorun diğer tüm bileşenleri mutlu olur. Bir düşman tarafından kovalayan veya kovalanan ve motoru durduğu için bir füzenin egzoz borusunu ateşlemesini istemeyen pilot da mutludur.

Memenin farklı bölümü hakkında - bu gazları ortama yakın olacak şekilde genişletmek ve bunu yaparken biraz daha fazla itme gücü elde etmektir.