Этот вид потерь можно достоверно оценить лишь с помощью экспериментов. Количественно они составляют .

15.9. Потери, связанные с использованием ТЗП и разгаром критического сечения сопла

Для защиты оголённых от заряда участков камеры сгорания и соплового блока от высокотемпературных ПС используют различные ТЗП, твёрдые охладители, активные ТЗП и другие.

Продукты разложения этих материалов поступают в пограничный слой с относительно низкой температурой, создавая завесу, предохраняющую стенки двигателя от воздействия высокотемпературных ПС топлива. По мере движения продуктов разложения вдоль стенки, они перемешиваются с продуктами сгорания ТТ, снижая температуру рабочего тела и несколько повышая его газовую постоянную. Суммарные результаты процесса смешения является уменьшение , пропорционально .

Потери , связанные с использованием ТЗП, имеют порядок 0.5% на каждый процент доли продуктов разложения ТЗП в составе рабочего тела двигателя.

В процессе работы РДТТ имеет место разгар газоходного тракта, особенно, района критического сечения сопла, что приводит к уменьшению степени расширения , а следовательно, и скорости истечения.

Разгар соплового вкладыша (горловины сопла) происходит в результате, главным образом, термохимического взаимодействия химически активных топлива с материалом вкладыша.

15.11. Потери, обусловленные наличием СУВТ

В качестве СУВТ применяются газодинамические рули, дефлекторы или кольцевые рули, КУС, РУС, вдув в сверхзвуковую часть сопла.

Потери из-за наличия СУВТ делятся на 2 типа:

1. Потери, возникающие при нейтральном положении ОУ, когда управляющее усилие . Если, например, в качестве ОУ используется КУС или дефлектор, то при потери будут равны нулю. Этот вид потерь связан исключительно с наличием того или иного ОУ на двигателе.

1. Потери, возникающие при функционировании СУВТ.

Первый вид потерь (“нулевые потери”) обусловлен:

- искажением сверхзвуковой части сопла в случае использования РУС;

-перетеканием рабочего вещества через гарантированный зазор между головкой клапана (заслонкой) и седлом (отверстием вдува) в случае использования в качестве СУВТ вдув газа в расширяющуюся часть сопла;

-наличие сил аэродинамического сопротивления различных элементов ОУ (газовые рули, триммеры и др.), находящимся в газовом потоке.

Величина “нулевых потерь” мала, поэтому их трудно определить точно.

Приближённая оценка показывает, что наименьшими “нулевыми потерями” обладает КУС без разрыва контура в “дозвуковой” части .

Для РУС в зависимости от места расположения разрыва контура расширяющейся части сопла эти потери составляют 0.2…0.5%.

При вдуве “нулевые потери” могут составлять от 0.3 до 1.0 % (первая цифра для однофазных, вторая – для двухфазных ПС). Для фазных ПС потери больше, т. к. необходимо увеличить гарантированный зазор, а увеличивается утечка рабочего вещества.

В процессе функционирования СУВТ появляются дополнительные потери , при этом для различных типов СУВТ эти потери будут различны.

Общим является то, что энергетические потери растут с увеличением бокового управляющего усилия.

Для КУС или РУС эти потери определяются из простых геометрических соображений. Так при отклонении оси сопла с тягой Р возникает боковая управляющая сила , что приводит к уменьшению осевой тяги на величину . Т. о. потери для КУС или РУС могут быть определенны по соотношению:

. (10)

Для газодинамических рулей или дефлекторов, а также при впрыске жидкости или вдуве газа в закритическую часть сопла определение потерь более сложно, что связано с необратимыми процессами взаимодействия основного потока со сферическим дефлектором или с дополнительными потоками впрыскиваемой жидкости или вдуваемого газа.

Для дефлектора

, (11)

К=1.8…2.5 – коэффициент газодинамического качества сферического дефлектора;

– массовый расход через сопло.

Для впрыска жидкости:

, (12)

– осевая тяга при впрыске жидкости.

– массовый расход жидкости через клапаны впрыска.

Для вдува

. (13)

В зависимостях (12) и (13) и могут быть достоверно определены лишь экспериментально в связи со сложностью процесса газодинамического взаимодействия дополнительного и основного потоков.

ЛЕКЦИЯ 16

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ РДТТ

16.1. Уменьшение пассивной массы летательного аппарата (РДТТ)

Из рис. видно, что методы конструирования играют существенную роль в общем объеме мероприятий, позволяющих снижать массу конструкции, а следовательно повышать эффективность, т.е. L или H при прочих равных условиях.

Относительная стоимость элементов конструкции РДТТ составляет:

1. Корпус – 27,8%

2. Заряд твердого топлива – 26,6%

3. Сопловой блок – 22,4%

4. Элементы сборки – 16,8%

5. ТЗП– 6,4%

Средняя стоимость материалов при изготовлении заряда твердого топлива равна средней стоимости рабочей силы. По двигателю в целом относительные затраты на материалы составляют ~45%, а относительные затраты на рабочую силу ~55%. Поэтому, ставится задача усовершенствовать технологию изготовления РДТТ в направлении уменьшения затрат на работу с помощью автоматизации производства. По статистическим данным ~20% конечной стоимости РДТТ составляют затраты, относящиеся к недостаткам планирования, ошибкам при проектировании и др. потерям.

16.2. Корпуса

При конструировании металлических корпусов в зависимости от условий эксплуатации применяют высоколегированные стали типа СП, а также высоколегированные стали типа ЭП. Стали типа СП подвержены коррозии, поэтому, требуется эффективная защита от атмосферных воздействий. Стали типа ЭП применяют обычно при эксплуатации изделий в условиях морского климата.

Основные характеристики материалов приведены в таблице (Конструкция ракетных двигателей на твердом топливе. Под общ. ред. Л. Н. Лаврова. Москва, Машиностроение, 1993г. , стр. 100).

Металлические материалы корпусов РДТТ

О
бычно стальной корпус представляет собой сварную конструкцию, которая включает в себя обечайки, днища, фланцы. В состав корпуса обычно входит несколько обечаек, последовательно сваренных друг с другом и расположенных так, что их продольные сварные швы смещены относительно друг друга.