ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ - Αεροδιαστημικά προωθητικά συστήματα (Θεωρία και λυμένες ασκήσεις)

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ


ΒΙΒΛΙΑ ΤΟΥ Ι∆ΙΟΥ ΣΥΓΓΡΑΦΕΑ .I
ΣΥΝΤΟΜΟ ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ ΣΥΓΓΡΑΦΕΑ.V
ΠΡΟΛΟΓΟΣ .VII
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. IX
ΣΥΜΒΟΛΑ / ΑΚΡΩΝΥΜΙΑ XVII

Α. ΘΕΩΡΙΑ .1

1O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΑΠΟ ΤΟ ΠΑΡΕΛΘΟΝ ΣΤΟ ΜΕΛΛΟΝ 3
1.1 Γέννηση και Εξέλιξη της Αεροδιαστηµικής Τεχνολογίας . 3
1.2 Ιστορική Εξέλιξη Πυραυλοκινητήρων 14
1.3 Ιστορική Εξέλιξη Αυλοωθητών 19
1.4 Μελλοντικές Εξελίξεις. 24
1.4.1 X-51A Waverider . 25
1.4.2 Valkyrie II της Boeing  26
1.4.3 X-60 . 27
1.4.4 Big Falcon Rocket  27
1.4.5 Μη επανδρωµένο διαστηµόπλοιο πολλαπλών αποστολών . 28
1.4.6 ∆ιαστηµοπλάνο Skylon. 28
1.4.7 SR-72 της Lockheed Martin 29
1.4.8 Αεροσκάφος µε στροβιλοκινητήρα Skreemr jet ικανό να φθάνει σε ταχύτητα τα 24M. 30
1.4.9 Virgin Galactic . 30
1.4.10 P-800 Onyx και BrahMos . 31
1.4.11 Πύραυλος BVR για τις ΗΠΑ µε ραντάρ AESA και ramjet  31
1.4.12 Πυροµαχικά 155mm µε κινητήρα ramjet και εµβέλεια 100km. 32
1.4.12 Με το Βλέµµα στο Μέλλον. 32

2O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΡΕΥΣΤΩΝ. 33
2.1 Ταξινόµηση Ρευστοδυναµικών Μηχανών  33
2.2 Θερµοδυναµικά Συστήµατα . 36
2.3 Θερµοδυναµικές Ιδιότητες και Καταστάσεις  37
2.4 Ενέργεια  38
2.5 Μηδενικός Θερµοδυναµικός Νόµος . 40
2.6 Έργο 40
2.7 Πρώτος Θερµοδυναµικός Νόµος για Κλειστά Συστήµατα  42
2.8 Ιδανικό (Τέλειο) Αέριο  43
2.9 Ενθαλπία . 43
2.10 Ειδικές Θερµότητες Ιδανικών Αεριών  44
2.11 Αρχή ∆ιατήρησης της Μάζας. 47
x ΑΕΡΟ∆ΙΑΣΤΗΜΙΚΑ ΠΡΟΩΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Απ. Λ. Πολυζάκης
2.12 Ολική Θερµοδυναµική Ενέργεια Ρέοντος Ρευστού. 49
2.13 Πρώτος Θερµοδυναµικός Νόµος για Ανοικτά Συστήµατα Σταθεροποιηµένης Ροής 49
2.14 Εξίσωση Bernoulli. 51
2.15 Θεωρία του Newton. 58
2.16 ∆υνάµεις σε Ρέοντα Ρευστά . 58
2.17 Εξίσωση της Γραµµικής Ορµής . 60
2.18 Περιστροφική Κίνηση και Εξίσωση της Στροφορµής. 63
2.19 Μεταβολές Μόνιµης Ροής 67
2.20 Έργο Ογκοµεταβολής και Τεχνικό Έργο  70
2.21 ∆εύτερος Θερµοδυναµικός Νόµος . 71
2.22 Ιδανικός Κύκλος Παραγωγής Ψύξης µε Συµπίεση 71
2.23 Εντροπία – Τρίτος Θερµοδυναµικός Νόµος . 73
2.24 Ρευστά σε Υψηλές Ταχύτητες (Μ>0.3)  73
2.25 Φαινόµενα Συµπιεστότητας . 77
2.26 Σχέσεις Μεταξύ Στατικών και Ολικών Μεγεθών Συναρτήσει του Αριθµού Mach. 79
2.27 Υδροστατική 80
2.28 Ταξινόµηση Ροών 83
2.29 Ιξώδες 85
2.30 Οριακό ή Υδροδυναµικό Στρώµα Ταχύτητας . 87
2.30.1 Οριακό Στρώµα Ταχύτητας Εξωτερικής Ροής . 87
2.30.2 Οριακό Στρώµα Ταχύτητας Εσωτερικής Ροής. 90
2.31 Στρωτή Ροή στο Εσωτερικό Σωλήνων 94
2.31.1 Πτώση Πίεσης  96
2.31.2 Ταχύτητα και Ρυθµός Ροής στην Στρωτή Ροή σε Κεκλιµένους Σωλήνες 98
2.31.3 Ροή σε µη Κυκλικούς Σωλήνες . 98
2.32 Τυρβώδης Ροή στο Εσωτερικό Σωλήνων . 99
2.32.1 Απώλειες Ενέργειας σε Κλειστούς Αγωγούς . 99
2.33 Σχεδίαση και την Ανάλυση Συστηµάτων Σωληνώσεων .106
2.34 Εξωτερική Ροή .106
2.34.1 Οπισθέλκουσα και Άνωση .107
2.34.2 Οπισθέλκουσα Τριβής και Πίεσης111
2.34.3 Συντελεστές Οπισθέλκουσας Συνήθων Γεωµετριών.112
2.34.4 Μείωση της Οπισθέλκουσας ∆ύναµης .114
2.34.5 Αποκόλληση Ροής .115
2.34.6 Ροή Παράλληλα από Επίπεδη Πλάκα.117
2.34.7 Ροή Γύρω από Κυλίνδρους και Σφαίρες .120
2.34.8 Φαινόµενο Magnus 124
2.34.9 Αεροδυναµική Άνωση & Οπισθέλκουσα σε Αεροτοµές .125
2.34.10 Οπισθέλκουσα σε Υψηλές Ταχύτητες 132

3O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΑΚΡΟΦΥΣΙΑ  134
3.1 Μονοδιάστατη Ισεντροπική Ροή .134
3.2 Ακροφύσιο (Συγκλίνων Αγωγός) 136
3.2.1 Θερµοδυναµικός Υπολογισµός Συγκλίνοντος Προωθητικού Ακροφύσιου Αεροπορικών
Αεριοστρόβιλων.139
3.3 Κρουστικά Κύµατα.141
3.3.1 Κάθετο ή Κανονικό ή Ορθό κρουστικό κύµα (normal shock wave) 141
3.3.2 Πλάγιο ή Λοξό Κρουστικό Κύµα (oblique shock wave) .145
ΑΕΡΟ∆ΙΑΣΤΗΜΙΚΑ ΠΡΟΩΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Απ. Λ. Πολυζάκης xi
3.3.3 Κύµατα Αποτόνωσης Prandtl-Meyer. 151
3.3.4 Ροή σε Αγωγούς µε Μετάδοση Θερµότητας και χωρίς Τριβή (Ροή Rayleigh) 152
3.3.4.1 Φραγµένη ροή Rayleigh. 157
3.3.5 Αδιαβατική Ροή σε Αγωγούς µε Τριβή (Ροή Fanno) 158
3.3.5.1 Φραγµένη ροή Fanno. 162
3.3.6 Ροή στην Εξαγωγή και στο Θάλαµο Καύσης Αεροπορικού Αεριοστρόβιλου. 162
3.3.7 Οριακό Στρώµα σε υπερηχητικές Ταχύτητες . 166
3.4 Υπερηχητικές Εισαγωγές Αεροχηµάτων  167
3.4.1 Συµπίεση Εξωτερικά (Ανάντη) της Εισαγωγής 171
3.4.2 Συµπίεση Εσωτερικά της Εισαγωγής. 173
3.5 Υπερηχητικές Εξαγωγές Αεροχηµάτων 174
3.6.1 Υπολογισµός ∆ισδιάστατου Υπερηχητικού Προωθητικού Ακροφυσίου Αεριοστρόβιλων και
Αεροδιαστηµικών Οχηµάτων  178
3.6.1.1 Υπολογισµός Συγκλίνοντος Τµήµατος . 178
3.6.1.2 Ποιοτική Προσέγγιση του Σχεδιασµού του Αποκλίνοντος Τµήµατος . 181

4O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ∆ΙΑΧΥΤΕΣ.182
4.1 Χαρακτηριστικά Ροής σε ∆ιαχύτη 182
4.2 Παράµετροι Λειτουργίας ∆ιαχύτη (Ασυµπίεστη και µονοδιάσταση ροή) 185
4.3 ∆ιάταξη Απότοµης ∆ιόγκωσης. 188
4.4 Επίδραση της Συµπιεστότητας στις Επιδόσεις του ∆ιαχύτη  189
4.5 Σχεδιασµός ∆ακτυλιοειδούς ∆ιαχύτη . 193
4.6 Παράµετροι Λειτουργίας ∆ιαχύτη (Ασυµπίεστη ροή). 196
4.7 Υπόθεση Περιορισµού Ροής  199
4.8 ∆ιαχύτες µε Αποµάστευση. 201
4.9 ∆υνάµεις στα Τοιχώµατα της Ροής. 201
4.10 Θερµοδυναµικός Υπολογισµός Εισαγωγής Αεροπορικών Αεριοστρόβιλων  203

5O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΑΥΛΟΩΘΗΤΕΣ.206
5.1 Εισαγωγή. 206
5.2 Αεριοστρόβιλος . 207
5.2.1 Αρχή Λειτουργίας. 208
5.2.2 Τα Κύρια Εξαρτήµατα των Αεριοστρόβιλων. 211
5.2.2.1 Συµπιεστής  211
5.2.2.2 Στρόβιλος  214
5.2.2.3 Θάλαµος Καύσης. 215
5.2.2.4 Σύστηµα Εισαγωγής  218
5.2.2.5 Σύστηµα Εξαγωγής 220
5.2.3 Η Τεχνολογική Πρόκληση  222
5.2.4 Στροβιλοαντιδραστήρας 226
5.2.4.1 Απλός Κύκλος Λειτουργίας Αεριοστρόβιλων. 228
5.2.4.2 Κύκλος µε Αναθέρµανση. 232
5.2.5 Αεριοστρόβιλος για Αεροπορική Χρήση. 234
5.2.6 Ώθηση, Προωθητική Απόδοση και Απόδοση Αεροπορικών Αεριοστρόβιλων 236
5.3 Αυλοωθητής  245
5.3.1 Αρχή λειτουργίας 245
5.3.2 Τύποι Αυλοωθητών  245
5.3.3 ∆οµή του Ramjet και Scramjet 250
xii ΑΕΡΟ∆ΙΑΣΤΗΜΙΚΑ ΠΡΟΩΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Απ. Λ. Πολυζάκης
5.3.3.1 Εισαγωγή250
5.3.3.2 Θάλαµος Καύσης254
5.3.3.3 Προωθητικό Ακροφύσιο.257
5.3.3.4 Εισαγωγή Scramjet .258
5.3.3.5 Θάλαµος καύσης Scramjet260
5.3.3.6 Ακροφύσιο Scramjet.261
5.3.6.7 Αποµονωτής .261
5.3.3.8 Σύστηµα Ψύξης 261
5.3.4 Ειδική ώθηση (Specific Impulse) .262
5.4 Λειτουργία στο Σηµείο Σχεδιασµού Ramjet 262
5.4.1 Ιδανικός κύκλος.263
5.4.2 Πραγµατικός κύκλος265
5.5 Λειτουργία στο Σηµείο Σχεδιασµού Turboramjet 268
5.5.1 Turboramjet µε κοινό περίβληµα .268
5.5.2 Turboramjet επάνω/κάτω .272
5.6 Λειτουργία στο Σηµείο Σχεδιασµού Scramjet274
5.7 Lockheed-Martin SR-71 .275

6O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΧΗΜΙΚΟΙ ΠΥΡΑΥΛΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ  280
6.1 Γενικά 280
6.2 Χαρακτηριστικά Μεγέθη Πυραύλων.281
6.3 Θεωρία Πυραύλων294
6.3.1 Θεµελιώδης Εξίσωση της Πυραυλικής Επιστήµης .294
6.3.2 Από την Εκτόξευση στο ∆ιάστηµα.302
6.3.3 Ελλειπτικές Τροχιές.305
6.3.4 Μακρινό ∆ιάστηµα307
6.3.5 Αιτίες Αποκλίσεων Τροχιάς.308
6.3.6 Ταχύτητα αποστολής .311
6.3.7 Ελιγµοί Πτήσης .311
6.3.8 Επίδραση του Συστήµατος Προώθησης στην Απόδοση του Οχήµατος .313
6.3.9 Αεροδυναµική Επίδραση των Καυσαερίων 314
6.3.10 Μονοβάθµιοι Πύραυλοι .315
6.3.11 Πολυβάθµιοι Πύραυλοι315
6.3.12 Μεταβλητή Ώθηση 321
6.3.13 Έλεγχος της Κατεύθυνσης Αεροδιαστηµικού Οχήµατος.322
6.4 Ταξινόµηση Πυραυλοκινητήρων.324
6.4.1 Τύποι Χηµικών Πυραυλοκινητήρων 328
6.4.1.1 Πυραυλοκινητήρες Στερεών Καυσίµων 328
6.4.1.2 Πυραυλοκινητήρες Υγρών Καυσίµων.331
6.4.1.3 Υβριδικοί Πυραυλοκινητήρες .337
6.4.2 Ηλεκτροθερµικοί Πυραυλοκινητήρες.338
6.4.3 Ηλεκτροδυναµικοί Πυραυλοκινητήρες.339
6.4.4 Ηλεκτροµαγνητικοί Πυραυλοκινητήρες .339
6.4.5 Πυρηνικοί Πυραυλοκινητήρες .340
6.4.6 Ηλιακοί Πυραυλοκινητήρες .341
6.5 ∆έσµη Καυσαερίων 341
6.6 Επιλογή Πυραυλοκινητήρα.345

ΑΕΡΟ∆ΙΑΣΤΗΜΙΚΑ ΠΡΟΩΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Απ. Λ. Πολυζάκης xiii
Β. ΑΣΚΗΣΕΙΣ 347

2O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΘΕΡΜΟ∆ΥΝΑΜΙΚΗΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΡΕΥΣΤΩΝ 349
Α. Λυµένες Ασκήσεις  349
2.1 Μόνιµη ροή. 349
Άσκηση 2.1.1 ** . 349
Άσκηση 2.1.2 *** . 350
Άσκηση 2.1.3 ** . 351
2.2 Στρόβιλος  352
Άσκηση 2.2.1 *** . 352
Άσκηση 2.2.2 *** . 353
2.3 Συµπιεστής 353
Άσκηση 2.3.1 ** . 353
Άσκηση 2.3.2 * . 354
Άσκηση 2.3.3 ** . 355
Άσκηση 2.3.4 * . 355
2.4 Θεωρία του Newton. 357
Άσκηση 2.4.1 * . 357
2.5 Ολικά µεγέθη - Ταχύτητα ήχου 357
Άσκηση 2.5.1 ** . 357
Άσκηση 2.5.2 ** . 358
2.6 Ολικά µεγέθη - Ταχύτητα ήχου 359
Άσκηση 2.6.1 * . 359
Άσκηση 2.6.2 * . 359
Άσκηση 2.6.3 *** . 360
Άσκηση 2.6.4 * . 361
Β. Άλυτες Ασκήσεις  362
Άσκηση 2.1 **  362
Άσκηση 2.2*. 363
Άσκηση 2.3 **  363

3O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΑΚΡΟΦΥΣΙΑ 364
Α. Λυµένες Ασκήσεις  364
3.1 Θεωρητικές . 364
Άσκηση 3.1.1 * . 364
Άσκηση 3.1.2 * . 364
Άσκηση 3.1.3 * . 364
Άσκηση 3.1.4 * . 364
Άσκηση 3.1.5 * . 364
Άσκηση 3.1.6 * . 364
Άσκηση 3.1.7 * . 365
Άσκηση 3.1.8 * . 365
Άσκηση 3.1.9 * . 365
Άσκηση 3.1.10 * . 365
Άσκηση 3.1.11 * . 365
3.2 Ακροφύσια  366
Άσκηση 3.2.1 ** . 366
Άσκηση 3.2.2 * . 367
Άσκηση 3.2.3 ** . 367
Άσκηση 3.2.4 ** . 368
Άσκηση 3.2.5 ** . 370
Άσκηση 3.2.6 ** . 371
Άσκηση 3.2.7 ** . 372
xiv ΑΕΡΟ∆ΙΑΣΤΗΜΙΚΑ ΠΡΟΩΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Απ. Λ. Πολυζάκης
3.3 Υπερηχητικές ροές .373
Άσκηση 3.3.1 *** 373
Άσκηση 3.3.2 *** 374
Άσκηση 3.3.3 *** 375
3.4 Υπερηχητικές Εισαγωγές377
Άσκηση 3.4.1 ** 377
Β. Άλυτες Ασκήσεις .379
Άσκηση 3.1 *.379
Άσκηση 3.2 *.379
Άσκηση 3.3 *.379
Άσκηση 3.4 **.379
Άσκηση 3.5 **.379
Άσκηση 3.6 *** .379
Άσκηση 3.7 *** .380
Άσκηση 3.8 **.380

4O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ∆ΙΑΧΥΤΕΣ.381
Α. Λυµένες Ασκήσεις.381
4.1 ∆ιαχύτης.381
Άσκηση 4.1.1 ** 381
Άσκηση 4.1.2 ** 382
Άσκηση 4.1.3 *383
Άσκηση 4.1.4 ** 383
4.2 Σχεδιασµός ∆ιαχύτη .385
Άσκηση 4.2.1 *385
Άσκηση 4.2.2 ** 386
Άσκηση 4.2.3 ** 387
Άσκηση 4.2.4 *389
Άσκηση 4.2.5 *390
Β. Άλυτες Ασκήσεις .391
Άσκηση 4.1 *** .391

5O ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΑΥΛΟΩΘΗΤΕΣ.392
Α. Λυµένες Ασκήσεις.392
5.1 Αεριοστρόβιλοι 392
Άσκηση 5.1.1 *** 392
Άσκηση 5.1.2 *394
Άσκηση 5.1.3 *** 395
Άσκηση 5.1.4 ** 396
Άσκηση 5.1.5 ** 397
Άσκηση 5.1.6 *** 399
5.2 Ramjet401
Άσκηση 5.2.1 *** 401
Άσκηση 5.2.2 *** 405
Άσκηση 5.2.3 *** 409
5.3 Pulsejet.416
Άσκηση 5.3.1 *** 416
5.4 Scramjet .418

ΑΕΡΟ∆ΙΑΣΤΗΜΙΚΑ ΠΡΟΩΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Απ. Λ. Πολυζάκης xv
Άσκηση 5.4.1 * . 418
Άσκηση 5.4.2 *** 418

Β. Άλυτες Ασκήσεις  422
Άσκηση 5.1 **  422
Άσκηση 5.2 **  422
Άσκηση 5.3 ***  422
Άσκηση 5.4 ***  423
Άσκηση 5.5 ***  423

6Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΥΡΑΥΛΟΙ. 424
Α. Λυµένες Ασκήσεις  424
Άσκηση 6.1 * 424
Άσκηση 6.2 * 424
Άσκηση 6.3 ***  425
Άσκηση 6.4 **  426
Άσκηση 6.5 * 427
Άσκηση 6.6 * 427
Άσκηση 6.7 * 427
Άσκηση 6.8 * 428
Άσκηση 6.9 * 428
Άσκηση 6.10 * 428
Άσκηση 6.11 **  429
Άσκηση 6.12 ***  430
Άσκηση 6.13 * 431

Β. Άλυτες Ασκήσεις  432
Άσκηση 6.1 **  432
Άσκηση 6.2 **  432
Άσκηση 6.3 **  433

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ 435
Α. Συνοπτικοί Πίνακες Μεταβολών . 435
Α.1 Ισόθερµη Μεταβολή-∆ιεργασία  435
Α.2 Ισοβαρής Μεταβολή-∆ιεργασία  435
Α.3 Ισόχωρη Μεταβολή-∆ιεργασία . 436
Α.4 Ισεντροπική (=Αδιαβατική + Αντιστρεπτή) Μεταβολή-∆ιεργασία  436
Α.5 Πολυτροπική Μεταβολή-∆ιεργασία  437

Β. Ιδιότητες αέρα (ιδανικό αέριο)  438

Γ. Ιδιότητες Ατµοσφαιρικού Αέρα . 440

∆. Μονάδες Μεγεθών - Μετατροπές Μονάδων - Κλίµακες  444
∆.1 Μονάδες Μέτρησης Μεγεθών - Μετατροπές . 444
∆.2 Πολλαπλάσια και Υποπολλαπλάσια Προθέµατα Μονάδων 448

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ . 449
Α. ΞΕΝΟΓΛΩΣΣΗ 449
Β. ΕΛΛΗΝΙΚΗ . 451

ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΟΡΩΝ . 452