计算软件已发布,见帖子XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/84897
1.前言
环形气动塞式喷管(下称“塞式喷管”)是目前新兴的一种喷管形式,共分为环喉形和环簇形两种。
目前,国内的部分爱好者也自行制造了此类型塞式喷管并试车(环缝形,详情请见@ERIC20041219的帖子)。但是并没有使用较高效率的曲线型面喷管类型,而是采用直线。曲线型面可以使气流更平滑贴于喷管壁面,从而有效提高喷管的效率,在同等条件下增大一部分推力。本文将介绍使用Angelino法(我叫做膨胀波法,下文称“方法”)设计塞式喷管型面的方法。
在环喉形和环簇形塞式喷管的设计中,塞锥型面设计是通用的。
2.符号说明:
如图所示
ω:气流偏转角
α:马赫角
θ:马赫线(膨胀波)与轴线方向形成的角,即为∠B'AC'。
L:膨胀波长度,即为A'B长度。
Ma:马赫数
P:压力
ψ:最大马赫的马赫线与垂直于轴线方向的夹角
R:型面上一点到轴线的距离
A:面积
γ:比热比,一般取1.25即可。
(注:后面角标c表示燃烧室内,角标3表示喷管出口或者最大马赫数的马赫线。)
3.计算公式
请自行看图(字丑勿喷)
注意:只要计算最大马赫数即可,中间段只需按照一定的间隔自行分成几段进行计算。
4.计算方法与系统计算
因计算数据过多,可以使用Excel表格进行大量数据的计算,只要把公式格式变化即可。如果没有电脑,也可分部分计算,最后组合在一起输出结果。
附:Excel模板
5.实例计算
以室压4.2MPa,设计推力100N的8单元环簇形塞式喷管为例,特征速度等数据采用748#燃料数据。
计算得喉部面积为20.358mm²。
计算得喷管出口马赫数为3.18,扩张比为7.32,出口面积为150mm²,出口直径约14mm。
使用Microsoft Excel软件进行快速计算(模板见上一部分),结果如下:
6.建模
根据得出的角度以及膨胀波长度进行环形塞式喷管(这里为8单元环簇形)建模,效果图如下:
读者可能会发现,这里的喷管型面采用的是一大段直线和一小段曲线。这里说明一下,因实际上塞式喷管的型面有时设计的很长,消极质量过大。所以在这里用特定角度锥面对原始塞锥型面进行了一定的截短处理。
3D文件如下,请自行下载打开。
自此,完成喷管的型面设计。
附:模板使用说明以及模型使用说明
一竖列对应一行数据。在第一行输入1马赫数最下方输入最大马赫数(计算得来),回车进行计算。
另外,计算时的最后一行数据公式需要修改一下(在原本模板上采用的L的计算公式是L2*7,把7改成喷管出口半径即可)。
因笔者正备战期末考试,时间不够充裕,准备不很充分。如果平时有时间,我会在下面发布新的模板或型面计算软件(软件制作中)。
模型为标准STEP文件,大家可以自行编辑加建。
模型适配壳体内径为20mm,外径为24mm,可以装填任意长度的燃料药柱(建议AP系,KN系燃料请合理实验)。
模型中的螺纹绘制不标准,请大家注意。
对于使用中出现的任何问题,请各位kcer在下面回复。