UNSTEADY START OF THE LAVAL NOZZLE
- Authors: Kraiko A.N1, Yakovlev E.A1
-
Affiliations:
- Baranov Central Institute of Aviation Motors
- Issue: No 5 (2025)
- Pages: 35-42
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/1024-7084/article/view/376632
- DOI: https://doi.org/10.7868/S3034534025050038
- ID: 376632
Cite item
Abstract
In the approximation of a two-dimensional flow of an ideal (inviscid and non-conducting) gas, the problem of a non-stationary launch of a Laval nozzle by an instantaneous rupture of the membrane at its exit is numerically solved for different ratios n > 1 of the pressures of the motionless gas inside and outside the nozzle. In the one-dimensional approximation, the stationary flow regime in a Laval nozzle changes from an unlocked subsonic flow (for 1 < n < n *) to a locked sonic flow in the minimum nozzle cross-section (for n > n *) with an easily determined value of n *. The two-dimensionality of the flow complicates both stationary and non-stationary flow regimes in nozzles. In the two-dimensional stationary approximation, when n * < n < n **, the unlocked Taylor (Taylor G.) mode is realized, with supersonic zones near the walls of the minimum cross-sections of the nozzles, which is different from the locked Meyer (Meyer T.) mode. In the Meyer mode, when n > n **, the supersonic flow covers the entire minimum cross-section, and in the vicinity of the "center" of the nozzle (the point where the sonic line meets the plane or the axis of symmetry), the flow is designed analytically. The numerically calculated non-stationary solutions did not confirm the known self-similar solutions of inverse problems about the launch of two-dimensional Laval nozzles.
About the authors
A. N Kraiko
Baranov Central Institute of Aviation Motors
Email: ankrayko@ciam.ru
Moscow, Russia
E. A Yakovlev
Baranov Central Institute of Aviation MotorsMoscow, Russia
References
- Черный Г.Г. Газовая динамика. М.: Наука, 1988. 424 c.
- Taylor G.I. The Flow of Air at High Speeds past Curved Surfaces // Gr. Brit. ARC. Rep. and Memor. 1930. No. 1381. 18 p.
- Meyer T. Über zweidimensionale Bewegungsvorgänge in einem Gas, das mit Überschallgeschwindigkeit strömt // Forschungshefte 1908. Ht. 62. S. 31–67.
- Франкль Ф.И. О плоскопараллельных воздушных течениях через каналы при околозвуковых скоростях // Матем. сборник. 1933. Т. 40. № 1. С. 59–72.
- Görtler H. Zum Übergang von Unterschall-zu Überschallgeschwindigkeiten in Düsen // Z. Angew. Math. Mech. 1939. Bd. 19. Ht. 6. S. 325–337.
- Франкль Ф.И. К теории сопел Лаваля // Изв. АН СССР. Серия матем. 1945. Т. 9. № 5. С. 387–422.
- Фалькович С.В. К теории сопла Лаваля // ПММ. 1946. 10 (4). 503–512.
- Tomotika S. and Tamada K. Studies on two-dimensional transonic flows of compressible fluid. Part I // Quart. Appl. Mathem. 1950. V. 7. No. 4. P. 381–397. Томотика С., Тамада К. Двумерное смешанное течение сжимаемой идеальной жидкости. Часть I // Сб. Механика. 1951. № 4. С. 31–43.
- Tomotika S. and Hasimoto Z. On the transonic flow of a compressible fluid through an axially symmetrical nozzle // J. Mathem. and Phys. 1950. V. 29. No. 2. P. 105–117.
- Рыжов О.С. Некоторые вырожденные околозвуковые течения // ПММ. 1958. Т. 22. Вып. 2. С. 260–264.
- Рыжов О.С. О газовых течениях в соплах Лаваля // ПММ. 1958. Т. 22. Вып. 3. С. 396–398.
- Рыжов О.С. О течениях в окрестности поверхности перехода в соплах Лаваля // ПММ. 1958. Т. 22. Вып. 4. С. 433–443.
- Рыжов О.С. О пространственных трансзвуковых течениях газа в каналах // ПММ. 1959. Т. 23. Вып. 4. С. 781–784.
- Рыжов О.С. К переходу от дозвуковых скоростей к сверхзвуковым в соплах Лаваля // ПММ. 1960. Т. 24. Вып. 2. С. 372–375.
- Рыжов О.С. Образование ударных волн в соплах Лаваля // ПММ. 1963. Т. 27. Вып. 2. С. 309–337.
- Лифшиц Ю.Б., Рыжов О.С. О причинах образования ударных волн в соплах Лаваля // Докл. АН СССР. 1964. Т. 154. № 5. С. 1052–1055.
- Лифшиц Ю.Б., Рыжов О.С. О переходе через скорость звука в соплах Лаваля с круглым поперечным сечением // Докл. АН СССР. 1964. Т. 158. № 3. С. 562–565.
- Рыжов О.С. Исследование трансзвуковых течений в соплах Лаваля. Труды ВЦ АН СССР. 1965. 238 с.
- Овсянников Л.В. Лекции по основам газовой динамики. Издание второе, дополненное. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. 336 с.
- Крайко А.Н. Теоретическая газовая динамика: классика и современность. М.: ТОРУС-ПРЕСС, 2010. 440 c.
- Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н., Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976. 400 с.
- Колган В.П. Использование принципа минимальных значений производной к построению конечноразностных схем для расчета разрывных решений газовой динамики // Учен. зап. ЦАГИ. 1972. Т. 3. № 6. С. 68–77.
- Тилляева Н.И. Обобщение модифицированной схемы С.К. Годунова на произвольные нерегулярные сетки // Учен. зап. ЦАГИ. 1986. Т. 17. № 2. С. 18–26.
- Родионов А.В. Монотонная схема второго порядка для сквозного счета неравновесных течений // ЖВМиМФ. 1987. Т. 27. № 4. С. 585–593.
- Ганжело А.Н., Крайко А.Н., Макаров В.Е., Тилляева Н.И. О повышении точности решения газодинамических задач / В кн. “Современные проблемы аэромеханики”. М.: Машиностроение, 1987. С. 87–102.
- Гринь В.Т., Крайко А.Н., Славянов Н.Н. Решение задачи о запуске сопла, вмонтированного в торец ударной трубы // Изв. АН СССР. МЖГ. 1981. № 6. С. 117–123.
- Крайко А.Н., Пьянков К.С., Яковлев Е.А. Обтекание клина сверхзвуковым потоком идеального газа со “слабыми” и “сильными” скачками // ПММ. 2014. Т. 78. Вып. 4. С. 451–470.
- Сизых Г.Б. Угол примыкания звуковой линии к обтекаемой поверхности // ПММ. 2021. Т. 85. Вып. 6. С. 734–741.
Supplementary files


