Kurze Antwort: Ja.

Eine konvergente Düse erlaubt keine Überschallaustrittsgeschwindigkeiten der Verbrennungsgase, aber aufgrund ihrer hohen Temperatur ist ihre Schallgeschwindigkeit erheblich höher als diese das der Umgebungsluft. Beispielsweise beträgt bei 700 ° C die Schallgeschwindigkeit in Luft 625 m / s. Da der Schub hauptsächlich durch die unterschiedliche Eintritts- und Austrittsgeschwindigkeit der durch einen Motor strömenden Luft bestimmt wird, ist für einen positiven Schub eine höhere Geschwindigkeit als die Fluggeschwindigkeit erforderlich. Niedrige Überschallfluggeschwindigkeiten sind mit einer konvergenten Düse durchaus möglich.

Lange Antwort: Besser nicht.

Sobald das Flugzeug die Schallmauer überquert, steigt der Luftwiderstand nur noch an langsam, da der Luftwiderstandsbeiwert tatsächlich abfällt. Wenn das Design Überschall fliegen soll, was viele Designanpassungen mit sich bringt, ist es sinnvoll, eine höhere Überschallgeschwindigkeit zu wählen. Dies erfordert jedoch sowohl einen einstellbaren Einlass als auch eine einstellbare konvergent-divergente Düse. Beide erhöhen die Effizienz dramatisch, bei höheren Machzahlen. Der einfache Pitot-Einlass des F-16 ist gerade gut genug für Mach 1.6 (darüber hinaus wird sein Wirkungsgrad geradezu schrecklich), aber sein F-110-Motor hat immer noch eine Kon-Düse. P. >

Mit einer anpassbaren Konvergenzdüse können die Abgase auf ihre Schallgeschwindigkeit beschleunigt werden, jedoch nicht mehr. Eine Verengung des Strömungswegs beschleunigt den Unterschallstrom, jedoch nur auf die Schallgeschwindigkeit. Nur ein divergierender Strömungsweg beschleunigt dann die Strömung weiter auf Überschallgeschwindigkeit. Eine konvergente Düse ist kürzer und leichter, bedeutet jedoch, dass mit den heißen Abgasen viel nutzbare Energie weggeworfen wird. In den meisten Fällen wäre es effizienter, die Druckenergie der Abgase in mehr Schub umzuwandeln, indem sie auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden

Konvergente Düsen sind nur dann sinnvoll, wenn das Flugzeug nur für kurze, begrenzte Überschallschläge ausgelegt ist, aber fast die gesamte Flugzeit mit Unterschallgeschwindigkeit verbringt. Beispiele sind der Northrop F-5E oder der Panavia Tornado.

Kann ein Überschallkämpfer eine konvergente Düse einbauen?

Sie existiert tatsächlich.

Der Panavia Tornado hat ein Maximum Fluggeschwindigkeit von Mach 2.2 in 9000 m Höhe und Konvergenzdüsen mit variabler Geometrie (obwohl sie nur für den Nachbrenner funktionieren, während die Düse der Turbine konvergent-divergent ist):

Foto von Airliners.net sup>

Es gibt eine Denkschule, die behauptet, dass die konvergente Düse eine ineffiziente Version der konvergent-divergenten Düse ist. Die Strahlgeschwindigkeit steigt am Hals der Düse (kleinster Bereich) auf ein Maximum an und verlässt dann die Düse und dehnt sich gegen atmosphärischen Druck wieder aus.

Sie werden feststellen, dass eine feste konvergente Düse nicht verwendet wird, da eine feste Düse jeglicher Art weniger effizient ist als eine Düse mit variabler Geometrie. Die Möglichkeit, die Düse auf den lokalen atmosphärischen Druck, die Fluggeschwindigkeit und die Einstellung der Motordrossel einzustellen, ist der Schlüssel zur effizienten Erzeugung von Schub.

Könnte es verwendet werden? Ja. Die Umstände, unter denen dies die beste Option ist, sind jedoch wahrscheinlich so begrenzt, dass sie niemals die richtige Wahl treffen.

Pilot hier sowie ein Ingenieur, der es zu einem bestimmten Zeitpunkt im Leben zu einer Lizenz für Flugzeugzellen- und Triebwerkstechniker geschafft hat und viel an Düsen gearbeitet hat, auch im Jet Propulsion Laboratory (sehr lustig).

Wenn Sie die Düsenformen verstehen möchten, sollten Sie sich über die Form informieren, die moderne Raketendüsen (und einige Düsen) inspiriert hat, die de Laval-Düse.

Denken wir daran, dass das, was wir wollen (wobei wir die Optimierung des Luftvolumens für die Verbrennung im Moment ignorieren), HIGH SPEED im OUTGOING JET EXHAUST ist.

In einer SUBSONIC-Strömung bleibt die Luft komprimierbar und eine konvergierende Unterschalldüse erhöht die Geschwindigkeit, während Druck und Temperatur abnehmen. (Es gibt tatsächlich ungefähr ein Dutzend Unterfälle hier, von denen ich sicher bin, dass andere mich anschreien werden. Betrachten Sie also, dass P und T abnehmen, um eine unentschuldbare Vereinfachung meinerseits zu sein, um eine weitere Seite der Erklärung zu vermeiden.) Also für a Langsamere Abgasendgeschwindigkeit , eine konvergierende Düse ist absolut sinnvoll.

Die ideale Situation für den SUPERSONIC-Fluss ist konvergierend-divergierend (siehe de Laval erneut), da für den isentropischen Fluss der konvergierende Teil Energie aufbaut bis zum Punkt der Schallgeschwindigkeit. Dieser Schallpunkt wird dann direkt an der "Kehle" platziert, wo die Konvergenz divergiert und der divergierende Teil Wärme und Druck in mehr Geschwindigkeit umwandelt, bis zu ziemlich hohen Überschallwerten. Beachten Sie, dass ein moderner Düsentriebwerk im Luftstrom ziemlich kompliziert ist und der "Hals" möglicherweise tief im Triebwerk liegt und überhaupt nicht wie ein Raketenmotorhals aussieht.

Aus diesen Gründen erwarten wir konvergierende Enddüsen in Unterschallflugzeugen wie Verkehrsflugzeugen und einigen Kampfflugzeugen, während Überschalldüsen normalerweise divergierende Düsen aufweisen. Wenn Sie eine konvergierende Düse auf einem Überschall-fähigen Jäger sehen, schauen Sie sie sich genau an, um festzustellen, ob sie für eine Formänderung im Flug artikuliert ist - was verdammt häufig vorkommt All dies sind Luft- und Raumfahrtdesigner sehr klug und das Einspritzen von Kraftstoff (Nachbrenner) kann einen nicht-isoentropischen Fluss verursachen, wenn er dafür ausgelegt ist. Ich werde also nicht rausgehen und sagen, dass es keine konvergierenden Düsen-Überschalldüsenstrahlen gibt, aber zumindest wissen Sie jetzt, warum sie die Ausnahme und nicht die Regel sind :)

Bitte zögern Sie nicht, Beiträge zu schreiben Fragen, wenn ich etwas übersprungen habe, das angesprochen werden sollte ...

Bei einer Überschallfläche verzögert eine konvergente Düse mit die Strömung . Dies ist nur am Kompressor erforderlich, wo die Strömungsgeschwindigkeit langsamer sein sollte. Um jedoch mehr Schub zu erhalten, muss die Strömung beschleunigt .

Nun kann man argumentieren, dass eine Überschallströmung, die in eine konvergierende Düse eintritt, eine solche Unterschallgeschwindigkeit (bei etwa Mach 1) beschleunigen würde, wonach die konvergierende Düse die Strömung beschleunigen würde. Dies würde jedoch niemals einen Mach über 1 für die Strömung erreichen, da die Strömung, sobald sie Mach 1 überschreitet, durch den konvergenten Teil der Düse wieder abgebremst würde. Der maximale Austritts-Mach , den man von einer konvergenten Düse erwarten kann, ist 1 (unabhängig davon, ob der Eingang Überschall oder Unterschall ist).

Nun, Für den Überschallflug ist es notwendig , dass die Ausgangs-Mach-Nummer größer als 1 ist. In solchen Fällen muss die konvergente divergente Düse (CD-Düse) verwendet werden.

Falls vorhanden man möchte einen Motor bauen, der ein Flugzeug auf Überschallgeschwindigkeiten mit Unterschall- (oder transsonischer) Abgasgeschwindigkeit beschleunigen kann, dann kann man sicher konvergierende Düsen nur verwenden. Aber gibt es einen Haken:

Die Schubgleichung lautet:

Hier ist für einen Motor im freien Strom Pe ungefähr gleich P0. Für einen positiven Schub sollten die Begriffe, die Ve und V0 enthalten, eine positive Antwort geben. Um also einen Motor zu schaffen, in dem Ve < V0 (weil V0 die Geschwindigkeit des freien Stroms ist, die Überschall ist, und Ve die Austrittsgeschwindigkeit ist, von der in diesem Fall angenommen wird, dass sie transsonisch ist), muss man viel Me auf einem hohen Niveau entlüften Bewertung. Dies bedeutet, dass es technisch möglich ist, einen Motor zu schaffen, der einen Überschallflug mit transsonischer Abgasgeschwindigkeit ermöglicht, aber eine solche Konfiguration wird Sie viel Kraftstoff kosten.

Wenn Sie nun bedenken, dass die Austrittstemperatur sehr hoch ist, sagen wir etwa 1200 k, und sagen wir, die Eingangstemperatur des freien Dampfes beträgt etwa 300 k, bedeutet dies, dass die Abgasgeschwindigkeit etwa zweimal betragen kann Mach 1 Luftgeschwindigkeit bei 300 k (ohne Überschall zu sein), dh ungefähr 630 mps. Wenn Sie mach eingeben, ist dies ungefähr 1,2. Dies bedeutet eine Freestream-Geschwindigkeit von 380 mps (apx). Dies bedeutet, dass Ihr Ausgang von 380 mps auf 630 mps beschleunigt wurde, nur mithilfe einer konvergenten Düse. Dies würde jedoch immer noch viel Treibstoff erfordern, um verbrannt zu werden (da der Schub, der normalerweise zum Fliegen eines Flugzeugs mit einem Gewicht von einigen tausend Kilogramm erforderlich ist, sehr hoch ist).

Daher ist es möglich, aber bei die Kosten für die Effizienz des Flugzeugs