Большой практический интерес представляет сопло с центральным телом, принципиальная схема которого дана на рис.1. В таком сопле газ течет по кольцевому каналу (между центральным телом и обечайкой); критическое сечение может регулироваться либо продольным перемещением центрального тела, либо поворотом створок на обечайке. На рис.2 представлены два типа сопла с центральным телом: а) с частичным внутренним и б) с чисто внешним расширением
газа. В первом случае от критического сечения до сечения A сверхзвуковая струя расширяется в канале, а начиная от точки A, внешняя граница расширяющейся струи является свободной. Если угловая точка О сверхзвуковой части сопла помещается в критическом сечении, то отходящие от нее в виде пучка характеристики (первое семейство) отражаются от обечайки, а отраженные характеристики (второе семейство) падают на стенки центрального тела.

Поток поворачивается к оси симметрии, пересекая характеристики первого семейства, а затем возвращается к первоначальному направлению, пересекая характеристики второго семейства.

Профиль центрального тела подбирается таким образом, чтобы в точке падения любой характеристики направление потока за ней совпадало с направлением стенки. За крайней характеристикой АВ газ течет равномерно и прямолинейно.

В сопле с чисто внешним расширением (рис.2б) критическое сечение и угловая точка течения расположены на срезе обечайки. Расширение газа при этом является односторонним, а критическое сечение наклонено к оси на угол δ равный углу поворота газового потока около точки А при разгоне от критической скорости (М=1) до расчетного значения числа Маха (М_а) для данного отношения давлений. Полная длина выступающей за обечайку (хвостовой) части центрального тела определяется точкой пересечения последней характеристики АВ с осью. Опыты показывают, однако, что хвостовая часть центрального тела может быть без заметного снижения тяги укорочена на 30 - 50 %.

В критическом сечении сопла, выполненного по второй схеме (рис.2б), обечайка должна быть параллельна стенке центрального тела; это приводит к дополнительному лобовому сопротивлению в связи с потерями на внешнее обтекание сходящейся части обечайки. При не очень больших расчетных значениях числа Маха (М_а ≤ 2) центральное тело можно делать коническим.

В случае плоского сопла контуром центрального тела является линия тока течения Прандтля — Майера (около выпуклого угла) при плоской звуковой линии (рис.2б).

В случае осесимметричного сопла контур центрального тела отыскивается по методу характеристик. Однако при укороченной хвостовой части контур осесимметричного центрального тела близок к линии тока плоского течения.
 

Сопла с центральным телом применяются в авиапромышленности, производстве и конструировании реактивных двигателей различных типов.

Сопла с центральным телом получаются значительно короче обычных сопел Лаваля и в отличие от последних дают очень небольшие снижения относительного импульса при давлениях значительно ниже расчетного (из-за отсутствия стенок в сверхзвуковой части не происходит перерасширения газа).

Кроме уже описанных в Заголовке сопел со смешанным и чисто внешним расширениях также известна схема сопла с центральной вставкой (рис.1), у которого критическое сечение также кольцевое, но расширение сверхзвукового потока происходит в нем с поворотом около наружной стенки, а не центрального тела. За центральной вставкой А образуется полость со свободной границей, размеры которой зависят от числа Маха на выходе из сопла (с увеличением числа М полость сокращается).

 

 

На рис. 1 приведены опытные данные Пирсона об изменении относительной величины выходного импульса I при отклонении от расчетного режима (p^*_a/p_н = 8) для сопла Лаваля и сопла с центральным телом (штриховая линия).

Расчетную степень расширения сопла с центральным телом можно определять по отношению площади сечения а — а (рис. 1 Заголовка) цилиндрической поверхности, имеющей диаметр выходного сечения обечайки, к площади критического сечения.