Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А., страница 6

Для создания, производства и совершенствования современных жидкостных ракетных двигателей требуется такой высокий уровень развития науки, техники и промышленности, который достигнут пока далеко пе во всех странах. Наличие совершенных ракетных двигателей является обязательным н едва ли не главным условием развития ракетной и космической техники. В то же время по результатам в завоевании космоса и создании боевых ракет (особенно больших дальностей) можно судить о состоянии развития двигателей.

Так, неоспоримым свидетельством значительных успехов Советского Союза в создании ракетных двигателей являются достижения ракетостроения, в результате которых были отработаны различные боевые ракеты, состоящие на вооружении Советской Армии, и космические ракеты, позволившие нашей стране занять ведущее место в освоении космоса.

Р А 3 Д' Е .7 17 Е Р В Ы Я К А М Е Р А ЖРД ГЛАВА ! РАБОЧИИ ПРОЦЕСС В КАМЕРЕ ЖРД $1Л. ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОЧЕМ ПРОЦЕССЕ В КАМЕРЕ ЖРД Условия протекания, основные особенности и показатели рабочего процесса в камере ЖРД Рабочий процесс в камере ЖРД, т: е. процесс преобразования потенциальной энергии (энтальпип) топлива в кинетическую энергию отбрасываемых продуктов сгорания, протекает в условиях, существенно отличающихся от условий в других тепловых двигателях. Эти отличия состоят в следующем: — в камеру ЖРД оба компонента топлива вводятся в жидкой фазе (кроме двигателей с дожигапием генераторпого Газа), что затрудняет, а иногда и совсем исключает использование огромного опыта по сжиганию топлива в воздушных топках; камеры ЖРД характеризуются исключительно высокой теплонапряженностью, измеряемой количеством тепла, выделяющегося в единице обьема камеры сгорания за единицу времени. Теплонапряженность камер ЖРД достигает л лаз величины (! —:1О) 10', что в десятки и сотни раз прел'а ' восходит теплонапряженность самых форсированных промышленных топок и камер сгорания других тепловых двигателей (двигателей внутреннего сгорания, воздушно-реактивных н т.

п.); — начальное распыливание компонентов топлива системами впрыска является довольно грубым по сравнению с друГими тепловыми двигателями. Таь, средний размер капель и ЖРД приблизительно на порядок больше, челн например, у дизелей. Такой грубый распыл вызван необходимостью выбора малых перепадов давления на форсунках, чтобы 29 упростить и об!легчить ковструкппю топлявоподаюппсх си- стем; — параметры рабочего процесса в камерах 7КРД очень высоки (давление 50 — 100 ага и более, температура 3000— 4000' К и выше).

Это обусловлено, с одной стороны, приме- нением значигельно более калорийных топлив (от 1500 кка с)кГ для азогпокислозпых до 3000 к!зал/кГ и более для кислород- иых и фгор! ых). С.' другой стороны, такая форсировка про- илс! з ! орс ния об ьясияетш! с! !ц млепис и максимально и!- и! >!»зова!!, !и!.р!ик> !о!иив,! и ух!еиыпигь габариты и ве! и!! сц'р; — в камсрах лКРД за ворс>>>сис промеж! !ки времени сжи- гав>!ся очш!ь больпни (по сравнен!по с другимп тепловыми двшателями) массы топлива, с:екуидиые расходы компонен- тов топлива составляют несколько десятков и даже сотен кГ,'гск (например, в камсре американского двигателя «Р-1» 1 сск сжигается около 3000 кГ топлива).

Ото осг!ожпяст проблему смссеобразоваиия и требует подвода болыиого ко- л!и!ества тепла па подогрев, испарение и поджигавие впрышси- !,аемых порций топлива; — вследствие высоких параметров рабочего процесса хи- мические реакции между компонентами топлива завершают- ся !з очень малые промежутки времени, и поэтому в камере ,>КРД основная роль принадлежит физическим (гидродпнами- чсскпм) явлспиям, от которых зависят процессы дробления, гмсшсипя и испарения жидкостей, а также воспламенение и !орсиис пх паров; гореиие топлпш! и течение продуктов сгорания по соп- з!х соировождав!тся интенсивной передачей тепла степкам камеры. Улгльпые тепловые потоки к степкам камеры дости- гаюю г огромной величины (1Π—: 20) ° 10в ккал|зР ° ч и более, причем поперечный градиспт температуры в стальной огне- вой степке камеры может составлять 500 — 600' па 1 мм.

В связи с этим трудно обеспечить термостойкость стенок камеры. На иитенсивпос!ь теплообмепа между продуктами сгорания п стенками камеры большое влияние оказывает организация сжигапия топлива. При этом должно учиты- ваться требование падежного охлаждения камеры, Часто, для !ого чтобы повысить падежпость охлаждения, рабочий процесс в камере приходится организовывать с известными потерями уделыюй тяги. Кроме давлсиия и температуры продуктов сгорания рабо- чий процесс в камере РКРД характеризуется и другими по- казателямп, основными из которых явля>отса, 1.

Коз!(и) ициепт соотношшшя между компонентами топлива сс, раввый коз>и'!с'с! ву килограммов окисл!пчела, прпхо. дяюемуся пз 1 килограмм горючего Если в ! килограмме 30 топ ОПЛиаа СОДЕРЖИТСЯ йе КИЛОГраММОВ ГОРЮ'!ОГО и Яоо КИЛО. !рам!нов ОКИСлнтСЛЯ, то (1.1) Лт При этом, конечно, ~т, + А'„, =-.= 1. 11.2) От А зависит величина потепинальпой энергии ! Кн.!ограмм рамма топлива, а следовательно, прп заданном давлспип— состав и температура продуктов с!оранпя. !(Роыс то!о, величина й определяет соотношение между секундными расходами компонентов топлива в камеру, ибо й 'до о где сто!, и бт — секундные весовые расхолы окпслнтгля и горючего соответственно.

2, Расхопонапрятксннос!ь поверг'нюн! сс'!гния клмгры-- бр. Эта величина представляет собой огноп!епнс ссьунлпо!о расхода топлива с!э к площади поперечного сшшния ! оэ!сры й'о, т. е. н характеризует в основном условия смессооразованпя. '!! м она больше, тем труднее организовать распылспш, мзкр!!- смешение и испарение жидкого топлива. Иногда лчя сравни. тельной оценки камер, работающих при различном лавл!- Нин Рть ИСПОЛЬЗУЮТ ОтНОСИтЕЛЬНУЮ РаСХОЛОНаПРЯжСПНОШЬ Ор . Лтт ро ', слте сек от.о ) У современных двигателей Ол =0,8оь1,5 и 6К=-50К-100. 3. Степень расширения продуктов сгорают и качсрс двигателя. Эта величина представляет собой огнэп!сппс лавлсниа в камере Р„к лавлсншо на сРезс !О!ы!а Ро и саРзк!сРнаует степень использования гснловоп эпсргпп пролу!Лш! с! !.

рания (а следовательно, и химической эпер! ип топлива) для сове ове шения полезной работы по ускорению газа в сопле. Дей .ге м ействительно, в соответствии с известным положением ермодинамикн термический !(Пь! т!! любой тепловой маши- ванной л вы равный доле тепловой энергии рабочего гела, использонной для совершения полезной работы, выражается так: Т т1! — — ! — —, г 3! где Т вЂ” температура рабочего тела, выбрасываемого пз тепловой машины; Т,— начальная температура рабоче~о тела. Остальная часть тепловой энерп!и рабо гого тела (1 — и ) уносится нз тепчовой машины с выбрасываемым нз нее рабочим телом и рассеивается в окружающей среде.

Единственной полезной работой, совершающейся в сопловой части камеры ЖРД, является работа по ускореншо газа. Так как эта работа производится благодаря нзоэнтропнческому расширению продуктов сгорания топлива, связь между параметрами газа в камере и на срезе сопла может быть описана уравнением изоэнтропы: и-! где и — усредненный по соплу показатель изоэнтропы. Тогда л! — ! Таким образом, «1л, равный доле тепловой энергии продуктов сгорания, полезно преобразованной в кинетическую энергию отбрасываемых из камеры газов, зависит только от степени расширения продуктов сгорания в ней.

У современных двигателей отношение †' изменяется в Ра пределах от !00 до 2000, чему соответствуют значения а)ла« =0,4 —:0,6. Это характеризует ЖРД как весьма совершенную теплову!о машину. 4. Теплонапряженность ла«, измеряемая количеством тепла, которое выделяется в единице объема камерь! сгорания за единицу времени, збвобсН«г л«дл .) ле«М на,,! /лъалл где О -- теплопронзводнтельпость топлива 1 †' ) « лГ)' 1л„--. объе!! камеры сгорания 1.и').

Этот показатель характеризует как интенсивность рабочего процесса, так и степень использования объема камеры сгорания. У современных ЖРД 9„= (1,0 —:1О) 10' 5. Время пребывания топлива в камере сгорания. Эта величина представляет собой среднее время, в течение которого порция топлива находится в камере сгорания (с момента прохождения ею форсунок и до момента истечения через 32 итическое сечение). Вреь<я пребывания характеризует в основном длительность первых этапов рабочего процесса (смесеобразовання и горения).