Реактивне сопло

Реактивне сопло, профільований насадок (патрубок, канал лопатки соплового апарату і т.д.), що встановлюється в трубопроводах (або закритих каналах) для перетворення потенційної енергії, що протікає, робочого тіла (рідини, пари, газу) в кінетичну. Після проходження реактивне сопло підвищує швидкість руху робочого тіла. Вперше таке сопло було застосоване винахідником Густафом де Лавалем в 1889 для підвищення швидкості пари перед робочим колесом парової турбіни. Теорія рективного сопла розроблена С. А. Чаплигиним в 1902.

Витік надзвукового струменя з сопла ракетного двигуна RS-68 на вогневих випробуваннях. NASA, США.

Сопло Лаваля - технічне пристосування, яке розганяє газовий потік до надзвукових швидкостей. Широко використовується на деяких типах парових турбін і є важливою частиною сучасних ракетних двигунів і надзвукових реактивних авіаційних двигунів. Сопло являє собою канал, звужений в середині. У простому випадку таке сопло може складатися з пари усічених конусів, сполучених вузькими кінцями. Ефективні сопла сучасних ракетних двигунів профілюються на підставі газодинамічних розрахунків. Пріоритет Годдарда на застосування сопла Лаваля для ракет підтверджується малюнком в описі винаходу в патенті США "US Patet 1102653" від 7 липня 1914 р., на двоступеневу твердопаливну ракету, заявленому в жовтні 1913 р. У Росії в ракетному двигуні сопло Лаваля вперше було використано генералом М. М. Поморцевим в 1915 р.. У листопаді 1915 року в Аеродинамічний інститут звернувся генерал М. М. Поморцев з проектом бойової пневматичної ракети. Ракета Поморцева приводилася в рух стисненим повітрям, що істотно обмежувало її дальність, але зате робило її безшумною. Ракета призначалася для стрільби з окопів по ворожих позиціях. Боєголовка оснащувалася тротилом. У ракеті Поморцева було застосовано два цікавих конструктивних рішення: в двигуні використовувалось сопло Лаваля, а з корпусом був зв'язаний кільцевий стабілізатор. У реактивному двигуні застосовують: -звужуюче реактивне сопло для створення дозвукових швидкостей; -звужуюче-розширяюче реактивне сопло (сопло Лаваля) - для отримання надзвукових швидкостей . -косе сопло - для отримання надзвукових швидкостей при постійному профілі і широкому діапазоні робочих швидкостей.

Принцип дії

Феномен прискорення газу до надзвукових швидкостей в соплі Лаваля був виявлений в кінці XIX ст. експериментальним шляхом. Пізніше це явище знайшло теоретичне пояснення в рамках газової динаміки.

При наступному аналізі перебігу газу в соплі Лаваля приймаються наступні допущення:

    Газ вважається ідеальним.
    Газовий потік є ізоентропним (тобто має постійну ентропію, сили тертя і дисипативні втрати не враховуються) і адіабатичним (тобто теплота не підводиться і не відводиться).
    Газовий протік є стаціонарним і одновимірним, тобто в будь фіксованій точці сопла всі параметри потоку постійні в часі і змінюються тільки уздовж осі сопла, причому у всіх точках обраного поперечного перерізу параметри потоку однакові, а вектор швидкості газу всюди паралельний осі симетрії сопла.
    Масова витрата газу однакова у всіх поперечних перерізах потоку.
    Вплив всіх зовнішніх сил і полів (в тому числі гравітаційного) дуже мале.
    Вісь симетрії сопла є просторовою координатою, x.