Эжекторное сопло (рис.1) - сопло, в котором продукты сгорания из двигателя вытекают через простое сужающееся сопло, помещенное внутрь соосной с ним наружной обечайки, имеющей специальный профиль (рис.1а) или форму цилиндрического кольца (рис. 1б). На срезе внутреннего сопла (сечение 1—1) устанавливается критическая скорость, и если давление здесь выше окружающего, то центральная струя внутри эжектора расширяется, стесняя проходные сечения эжектируемого ею потока воздуха, который попадает в кольцевой канал из промежуточной ступени компрессора или из атмосферы.

 

Скорость эжектируемого потока обычно меньше звуковой, поэтому он в выходном участке эжектора ускоряется. В некотором сечении  граница двух потоков становится параллельной оси сопла; это сечение расположено тем дальше от среза внутреннего сопла, чем больше избыток давления в нем. Поперечный размер внутренней струи увеличивается, а эжектируемой — уменьшается с ростом избытка давления во внутреннем сопле.

Тяга эжекторного сопла больше, чем у простого сужающегося сопла, так как давление со стороны эжектируемого газа на стенку внутреннего сопла выше атмосферного. Сечение обечайки эжекторного сопла должно быть таким, чтобы на расчетном режиме расход эжектируемого газа уменьшался до минимально необходимого для целей охлаждения стенки.

Снижение избытка давления в эжекторном сопле ведет к уменьшению скорости внутренней струи в сечении 2—2, чем предотвращается возможность перерасширения газа и соответствующей потери тяги (по сравнению с соплом Лаваля).

Оптимальная относительная длина эжекторного сопла, обеспечивающая наименьшие потери тяги на расчетном режиме,

где L — расстояние от среза внутреннего сопла до среза обечайки, R_T — радиус критического (выходного) сечения внутреннего сопла.

Тяга эжекторного сопла равна суммарному импульсу двух струй на срезе обечайки. Параметры струй при цилиндрической обечайке определяются из условий сохранения расхода и импульса (без учета трения) между сечениями 1 и 2 срезов внутреннего сопла и обечайки в предположении об отсутствии смешения струй.

Сопла с эжекцией имеют большое практическое значение для авиастроения, особенно для конструирования турборективных двигателей.

Кроме уже описанных типов сопел применяются следующие разновидности.

На рис.1 изображена схема эжекторного сопла с регулируемыми створками центрального сопла, обеспечивающими плавный переход сужающегося канала к соплу Лаваля, и соответствующим регулированием створок профилированной обечайки. Такое сопло позволяет осуществить широкий диапазон регулирования расхода газа при относительно малых потерях тяги.

Нашли применение сопла, названные «ирисовыми» (рис.2). Регулируемые створки ирисового сопла перемещаются в продольных направляющих, расположенных в конце форсажной камеры двигателя. В крайнем выдвинутом положении (рис.2а) створки создают сужающийся канал плавной формы. В убранном положении (рис.2б) они образуют сопло Лаваля с относительно небольшим расширением на выходе. При дозвуковых режимах полета потери тяги в ирисовом сопле вдвое меньше, чем в эжекторном, а на максимальной сверхзвуковой скорости полета (при включенной форсажной камере) вдвое больше (из-за недостаточного расширения сверхзвуковой части сопла).

Типичная характеристика эжекторного сопла ТРД, т. е. зависимость между коэффициентом эжекции к_эж = G_эж/G_эж и отношением полного давления внутренней струи к атмосферному, изображена на рис.1. Для того чтобы эжекторное сопло работало в наивыгоднейших условиях, необходимо регулировать расход вторичного воздуха (увеличивая при малых скоростях полета коэффициент эжекции до значений порядка к_эж = 0,1 и снижая его при больших скоростях до минимума порядка к_эж = 0,01 - 0,02). Отношения полного давления эжектируемого воздуха в сопле к полному давлению во входном канале двигателя, которые можно рекомендовать для получения оптимальных режимов работы эжекторного сопла при разных скоростях полета (или М_о), приведены на рис.2.