气流磨喷嘴-沈阳佳美机械-贾工18540392125

拉瓦尔喷管是推力室的重要组成部分。喷管的前半部是由大变小向中间收缩至一个窄喉。窄喉之后又由小变大向外扩张至箭底。箭体中的气体受高压流入喷嘴的前半部，穿过窄喉后由后半部逸出。这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。所以，人们把这种喇叭形喷管叫跨音速喷管。由于它是瑞典人拉瓦尔发明的，因此也称为"拉瓦尔喷管"。

拉瓦尔喷管为实现亚声速流向超声速流的连续变化，除几何条件外，必须对喷管出口截面下游的环境压强（外界反压）做出限制，即拉瓦尔喷管的力学条件。

为了分析外界反压对拉瓦尔喷管流动的影响，假设出口截面外的环境压强 保持不变而喷管进口截面的滞止压强可变。当总压变化时，喷管出口截面上的气体压强随之变化。根据和 的相对大小，气体在喷管中的流动状态分为以下三种情况。

（1）最佳膨胀状态气体在喷管中得到了完全膨胀，这就是喷管的最佳膨胀状态，又称为设计状态，如图2所示。这种流动的主要特点是：

①喷管喉部达到了临界状态，出口流动为超声速，即Me>1；

②流体流出喷管后，既不膨胀，也不压缩，而是一平行射流；

③由于管内流动为超声速，当外界环境发生微小扰动时，扰动的传播速度（即声速）小于流动速度，扰动不能传进喷管内部，即喷管中的流动觉察不到外界反压的变化。（2）欠膨胀状态

如果在最佳膨胀状态下提高喷管进口总压，则出口 同时增大，有 。气体没有得到完全膨胀，其能量未充分发挥，即气体热能没有最大限度地转变成定向流动动能。这种流动称为欠膨胀状态或膨胀不足状态，如图3所示。欠膨胀状态流动主要特点是：

①喷管喉部达到了临界状态，出口仍为超声速M>1；

②气体在喷管外继续膨胀，直到压强等于 时为止，因此喷管出口处有一系列膨胀波；

③喷管外的压强扰动也不能逆向传入喷管。

（3）过膨胀状态如果在最佳膨胀状态下减小喷管进口总压，则喷管出口的气体压强也将减小，即 。气体在喷管中作了过分的膨胀。这种流动称过膨胀状态。根据小于ap的程度大小，气体在喷管中的流动状态又可分为下述四种情况。

喷管出口的气体流动为超声速。在喷管外气体由于受到反压的突然压缩而产生不连续的压强增加，形成激波。因为稍小于，激波是附着在扩张段出口截面上的激波，如图4所示。气体经过斜激波后，压强升高到ap。小于一定值

随着压强差的增大，喷管外的斜激波逐渐向喷管口收拢，并最终在小于一定值时演变成覆盖在喷管出口截面上的正激波，如图5所示。气体压强经过正激波压缩后升高到，这时的外界反压称为第二临界反压。进一步小于当比小很多时，正激波从喷管出口截面向喷管内部移动，喷管扩张段内的流动以正激波为分界线。激波后的流动就是扩张管道中的亚声速流动，流动的马赫数将逐渐减小，压强逐渐升高，并在喷管出口截面升高到。，则正激波最终移动到喉部。此时正激波消失，流动不再壅塞，全部喷管内的流动均为亚声速流，气体的压强、流速和质量流率都为外界反压所控制。这种流动状态称为亚临界流动状态，喷管喉部达不到临界状态。

综上所述，若要在拉瓦尔喷管出口截面获得超声速气流，喷管出口截面的气体压强必须达到或超过反压值，这一条件称为力学条件。

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