Документация

Engine прямоточного воздушно-реактивного двигателя

При вычислении тяги механизма прямоточного воздушно-реактивного двигателя важно оптимизировать добавленное количество тепла и массовая скорость потока жидкости через воздушный механизм дыхания. Эта оптимизация важна, потому что тягой, сгенерированной механизмом, управляют эти параметры. Уравнение тяги прямоточного воздушно-реактивного двигателя следующее:

где

В уравнении тяги прямоточного воздушно-реактивного двигателя индексы обозначают местоположение параметра.

Это различие проиллюстрировано в следующей фигуре, (RJ) обозначает целый механизм прямоточного воздушно-реактивного двигателя, и (CC) относится к камере сгорания.

ramjetPicture = astramjet;

Отметьте, уравнение тяги берет непосредственно во внимание массовую скорость потока жидкости. Нагрейте корреляты сложения к более высокой выходной скорости от энергетического уравнения; более высокая выходная скорость означает более тягу. При моделировании камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, когда постоянный канал области, где сложение тепла является основным драйвером для изменения в переменных потока, включает использование принципов потока строки Рейли.

Проблемное определение

В этом разделе описываются проблему, которая будет решена. Это также обеспечивает необходимые уравнения и известные значения.

После серии ударных волн поток вводит сгорание в скорости 100 м/с и статической температуре 400K. Мы хотим:

Теплота сгорания топлива составляет 40 мегаджоулей за килограмм, и масса топлива незначительна по сравнению с массой воздуха. Мы принимаем, что рабочая жидкость ведет себя как совершенный газ с постоянным отношением удельной теплоемкости и удельной теплоемкостью в постоянном давлении, данном как:

Определенные данные для проблемы описаны ниже.

inletVelocity       = 100;      % Velocity of fluid at combustor intake [m/s]
inletTemperature    = 400;      % Temperature of fluid at combustor intake [K]
heatingValue        = 40e+03;   % Heating value of the fuel [kJ/kg]
k                   = 1.4;      % Specific heat ratio [dimensionless]
cp                  = 1.004;    % Specific heat at constant pressure [kJ/(kg*K)]

Поскольку жидкость является воздухом, она также имеет следующую газовую константу:

R = 287; % Gas constant of air [J/(kg*K)]

Поэтому скорость звука:

speedOfSound = sqrt(k * R * inletTemperature); % [m/s]

Входное Число Маха

inletMach = inletVelocity/speedOfSound; % [dimensionless]

Решение для количеств застоя и ссылочных значений

Чтобы применить энергетическое уравнение в порядке найти уровень теплопередачи, вычислите температуру застоя во входном отверстии. Используйте изэнтропические отношения потока и статическую температуру в той точке, чтобы вычислить эту температуру. Функция flowisentropic вычисляет отношение статической температуры к общему количеству (застой) температура.

Где

[~, inletTempRatio, inletPresRatio] = flowisentropic(k, inletMach);

С температурным отношением во входном отверстии вычислите общую температуру во входном отверстии. Будьте осторожны. Обратите внимание на то, что форма, в которой нам нужно температурное отношение, инвертируется от формы, как дали в функции flowisentropic.

inletTotalTemp = inletTemperature / inletTempRatio;

Используйте энергетическое уравнение, чтобы описать поток в камере сгорания:

где

Чтобы максимизировать уровень теплопередачи, температура застоя в станции выхода должна быть ссылочной температурой застоя:

Используйте функцию flowrayleigh, чтобы вычислить общее температурное отношение во входном отверстии. После этого можно вычислить ссылочную общую температуру.

[~,~,~,~,~,totalTempRatio] = flowrayleigh(k, inletMach);

В этом уравнении обратите внимание, что это отношение найдено функцией как локальное значение по ссылочному значению.

Теперь вычислите ссылочную общую температуру. Обратите внимание на то, что общее температурное отношение было инвертировано, чтобы позволить соответствующую отмену условий.

inletTotalTempRef = inletTotalTemp / totalTempRatio;

Вычисление отношения топлива к воздуху и максимального добавленного тепла

Вычислите отношение топлива к воздуху путем реорганизации энергетического уравнения.

fuelAirRatio = cp * (inletTotalTempRef - inletTotalTemp) / heatingValue

fuelAirRatio =

    0.0296

The maximum heat added is:

heatMax = cp * (inletTotalTempRef - inletTotalTemp)

heatMax =

   1.1826e+03

Составление увеличения отношения топливного воздуха

Рассмотрите случай, где существует 10%-е увеличение отношения топливного воздуха. Вычислите, сколько массовая скорость потока жидкости уменьшает с 10%-м увеличением отношения топлива к воздуху, содержа температуру застоя и постоянное давление. Новое отношение топливного воздуха:

fuelAirRatio10 = 1.1 * fuelAirRatio;

Отметьте, любая переменная, которая заканчивается "10", указывает, что данное значение связано с 10%-м увеличением отношения топлива к воздуху. Перестройте энергетическое уравнение, чтобы вычислить различие в общих температурах от входного отверстия до выхода камеры сгорания:

totalTempDiff = fuelAirRatio10 * heatingValue / cp;

Максимальное обогревающее условие состоит в том, где поток дросселируется при выходе:

Поэтому вставьте ссылочную общую температуру, и отношение общей температуры к ссылочному значению:

inletTotalTempRef10 = totalTempDiff + inletTotalTemp;

totalTempRatio10 = inletTotalTemp / inletTotalTempRef10;

Вычисление уменьшения в массовой скорости потока жидкости

Учитывая общее температурное отношение, flowrayleigh вычисляет Число Маха во входном отверстии камеры сгорания:

inletMach10 = flowrayleigh(k, totalTempRatio10, 'totaltsub');

В этом уравнении строка ввела, заставляет функцию использовать дозвуковой общий температурный режим ввода отношения. Мы знаем, что поток будет дозвуковым вводом камеры сгорания, потому что поток пройдет несколько продвижения ударных волн до камеры сгорания. С этим Числом Маха во входном отверстии используйте flowisentropic, чтобы найти изэнтропическое температурное отношение и отношение давления во входном отверстии:

[~, inletTempRatio10, inletPresRatio10] = flowisentropic(k, inletMach10);

Статическая температура во входном отверстии:

inletTemperature10 = inletTotalTemp * inletTempRatio10;

От уравнения состояния массовая скорость потока жидкости может быть записана как:

С 10%-м увеличением отношения топливного воздуха свяжите отношение, показывающее, что уменьшение в массе вытекает из 10%-го увеличения массовой скорости потока жидкости к отношению уменьшающегося Числа Маха. Увеличение отношения давления способствует увеличению массовой скорости потока жидкости, но не так, как уменьшение в Числе Маха уменьшает массовую скорость потока жидкости. Все другие переменные являются постоянными между этими двумя случаями.

massFlowRateRatio = inletMach10 / inletMach * inletPresRatio10 / inletPresRatio;

Это отношение представляет процент массовой скорости потока жидкости случая с 10%-м увеличением отношения топлива к воздуху. Это использует исходную массовую скорость потока жидкости в целом. Уменьшение процента в массовой скорости потока жидкости всего один минус вышеупомянутое отношение (времена 100):

percentageDecrease = ( 1 - massFlowRateRatio ) * 100 % [percent]

percentageDecrease =

    3.7665

Эти результаты показывают, что добавление топлива к смеси топливного воздуха уменьшает массовую скорость потока жидкости. Это в свою очередь заставляет тягу уменьшиться. Это означает, что, если определенное количество топлива добавляется к камере сгорания, добавляя, что больше приводит к неэффективному результату. Поэтому упреждающие вычисления, такие как эти инженеры справки максимизируют топливную экономичность вокруг условий проекта механизма.

close(ramjetPicture)

Ссылка

[1] Джеймс, J. E. A. "газовая динамика, второй выпуск", Allyn and Bacon, Inc, Бостон, 1984.

%#ok<*NOPTS>