135
Падение вязкости в пограничном слое вихря, с одной стороны, и отброс центробежной силой газа из центральной области вихря на периферию, с другой, способствуют тому, что газовый вихрь формируется как вращающаяся труба, в стенках которой размещается основная масса вихря.
Рис. 5.4. Сжатие газового вихря на входе в воздухозаборник реактивного двигателя самолета (на стоянке)
Проведенные на специально созданном стенде работы по изучению условий появления вихрей на входе воздухозаборников реактивных
136
Глава 5. Строение газовых вихрей.
самолетов при запуске двигателя, показали, что линейный газовый вихрь действительно представляет собой образование типа трубы с уплотненными стенками.
На рис. 5.4 хорошо видно, что диаметр установившегося на входе в воздухозаборник турбины вихря существенно, в десятки раз по диаметру и в сотни раз по площади поперечного сечения, меньше соответствующих размеров воздухозаборника и что сам вихрь имеет трубчатую структуру.
Элемент газа, находящийся на внешней стороне трубы, стремится под действием внутреннего давления и центробежной силы оторваться, этому препятствует внешнее давление. Если внутренние силы превышают внешние, элемент газа оторвется от трубы, так как для газа никаких препятствий к этому нет. Сумма внутренних сил оставшегося в стенках газа оказывается меньше внешних или равна им, - последнее состояние является неустойчивым. Сжатие тела вихря внешними силами - давлением окружающей среды - вызывает увеличение скорости вращения, причем внутреннее давление при этом падает, так что равновесие остается неустойчивым и вихрь продолжает сжиматься.
На элемент такой трубы действуют центробежная сила и разность внешнего и внутреннего давлений, так что
dF = adm = (Ре - P{)dS- co2rdm, (5.7)
где
dS = rh„da;
a - ускорение вдоль радиуса, приобретенное массой dm; г - радиус, на котором находится эта масса от центра трубы; ha - длина отрезка трубы, da - угол, занимаемый элементом массы dm.
Как видно из выражения 5.7, при некотором значении радиуса
Pe-Pi dS
Г >ra= •-- (5.8)
со2 dm
имеем
со1 r dm > (Ре - P)dS, (5.9)
т.е. ускорение будет положительным и масса dm будет отброшена от вихря. Оставшаяся часть имеет г < г0.