Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 17
Текст из файла (страница 17)
В случае если температура, плотность и скорость газа, движущегося над поверхностью пленки, невелики, а поверхностное натяжение и скрытая теплота парообразования жидкости супгествеппы, пленка испаряется н разбрызгивается постепенно (рнс. 1.27, а), В прогивном случае (что чаще свойственно условиям в камере ЯРД) пленка испаряется прах!нческп мгповеппо, т.
е. сразу же после выхода жидкости из щели (рис, !.27, б), Исходя из этого, можно 84 предполо>китги что щель является как бы линейным источником массы с известной производительностью на единицу г гг длины щели Равнои и л. ел 1 ггл еа 1,и ° сск ~па где Г>пл — -секундный рзслод компонента топлива через щель; 1= ядп — длина щели. Рассмотрим перемешивание пристеиочного слоя с ядром потока при мгновенном испарении пленки. ел>е- е~и Рис. Кзт. К расчету перемешнвання прнстеночного слоя с акром по. тока прн пленочном внутреннем оклажленнн: а — при постепенном испарении плевки; б — при мгновенном испарении плеинн так как при»=0 избыточная концентрация компонента топлива равна нулю при любом значении у. сс 1»' О) = О д>г (1.
65) Это означает, что газ по-прежнему не диффундирует через стенку, и поэтому нри любом значении л градиент величины с у стенки (прн у=О) должен быть равен нулю. с(х, со) ~ со, (1.66) т. е. прн люоом значении у величина с конечна. Решением дифференциального уравнения (1.55) при краевых условиях (1.64) — (1.66) является функция »е с(х, у)= е А З Р'яз где А — произвольная постоянная. (1.67) Полагая, что тем=сонэ(, шр — — О, К =сопз1, этот процесс можно описать дифференциальным уравнением (1,55), Однако краевые условия задачи здесь одинаковы для всей области перемешивания н записываются следу>ощим образом: с(О,у) =-О, (1.64) Подставив в это соотношение значение функции с(х, у), после интегрирования (при постоянном х) получим А= з Ю» Поэтому окончательно с(х,у)=- '' е кп.1.
ед р''.хд,,п, ((.Б8) Решение имеет смысл прн положительном н отличном от нуля значении зь Избыточная концентрация компонента топлива у поверхности стенки (при у=0) равна с(х, 0) =- (1.69) р..к„.' Значение постоянной А определяется из следующегоусловия: при любом значении х секундный расход жидкости через единицу длины щели д„л,д должен быть равен интегралу от объемного расхода газа через элемент пристеночного слоя еднни шой длины и высоты г(у, помноженному на избыточную концспграцшо компонента топлива в этом элементе, т. е. с, „„, = ~ п1,.с (х, у) г(у. О ГЛАНА ТЯГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖРД й ЗЛ.
МОДЕЛЬ ИЛЕАЛИЗИРОНАННОГО Жрза Истечение продуктов сгоришя нз камеры реалын>го ~КРД--огтепь сложное явление. Оно совершается в специ- физических условиях, характеризующихся 1. Изменением состава продуктов сгорания вследствие нх рекомбинации при снижении температуры и давления.
Это приводит к тому, что наряду с изменением тепловой энергии происходит изменение химической энергии газа. Кроите того, изменение состава продуктов сгорания сопровождается существенным изменением физических ккопстапт» газа (тепло- емкости, газовой постоянной и т. п.). 2. Наличием различного рода воздействий на газовый поток. К основным из них относятся геометрическое (изменение площади поперешого сечения капала), тепловое (догорание топлива и тетшообмен со степками камеры) и воздействие трения. Таким образом, с точки зрения газовой дшгамики, процесс в камере УКРД представляет собой трехмерное течение сжимаемого газа переменного состава в капало переменного сечения при наличии теплообмена и трения. Кроме того, на этот процесс оказывают суптестгзепное влияние и другие факторы, такие, как неоднородность полей расходонапряженности н соотношения между компонентами топлива, малое время пребывания газа в камере, давление в окружающей среде* и др.
Расчет истечения газа и тяговых характеристик камеры кКРД при одновременном воздействии всех этих факторов чрезвычайно затруднителен. Поэтому, чтобы выяснить наиболее общие закономерности этого явления, необходимо исследовать газодинамические процессы в ь Последнее имеет место только прн определснньм соотногиениик между давлением газа в камере и в окружающей среде. 87 камере па основе модели идеализированного двигателя. Зависимости, полученные для этой модели, будут приближенными, но справедливыми и для реального ~КРД, Эти зависимости затем уточняют на основании теоретических и экспериментальных исследований.
Допущения, с помонзью которых устанавливается модель идеализированного двигателя, следующие. 1. Продукты сгорания переменного состава заменяются идеальным газом, характеризую~пимен специально выбранными значешшмп физических «констант» (газовой постоянной и', показателя пзоэпгропы п и г. д.), Величины этих «констант» выбпракмся так, чтобы иол)чисть и пгкогорых контрольных сечениях камергя значения иажпсгйпих параметров газа (температуры, удельного ! объема, скорости движения и др.) такие же, как и при истечении реальных (переменных по составу) продуктов сгорания.
2, Течение газа в камере сго- рания и сопле полагаегся одноРис. 2л. Ра кч мя схема «а- мерным и установившимся. Это чеац значит, что во всех точках каж- дого данно~о сечения, перпендикулярного осп камеры, состав и все парамегры газа являются одинаковыми (и не зависящими от времени), и изменяются они лишь при переходе от одного сечения к другому. Одномерное установившееся течение газа подчиняется законам газовой динамики элементарной струйки (законам газовой гидравлики), которые будут в дальнейшем использованы при расчете параметров газа и тяговых характеристик камеры.
Расчетная схема камеры изображена па рис. 2.1. Характерные сечения камеры (и индексы у параметров газа в этих сечениях) имеют следующие обозначения: «О» — в начале камеры (у головки), «к» — в конце камеры (при входе в сопло), «кр» — в критическом сечении, «а» — на выходе из сопла. 3. Течение газа в сопле считается изоэнтропическим. Это означает, что, во-первых, горение топлива полностью завершилось в камере сгорания (до входа в сопло), во-вторых, газ не обладает вязкостью, и поэтому его трением о стенки можно пренебречь, и, в-третьих, теплообмен между продуктами сгорания и стенками сопла отсутствует. Замегим, что равновесная рекомбинация продуктов сгорания в сопле, сопровождающаяся превращением химической энергии системы в тепловую, пе изменяет постоянства энтропии, поскольку этот процесс является обратимым.
4. Процесс горения является изобарическим, и поэтому давление газа при входе в сопло р„ практически не отличает- 88 ся от давления у головки ро. Это допущение справедливо" в том случае, когда п.чощадь поперечного сечения камеры Р„ значительно (в 6 раз и больше) превышает плошадь критического сечения 7>„.р. 5. Скорость газа у головки принимается равной нулю <п>о-— -О), поскольку она ничтожна по сравнению со скоростью газа на выходе пз сопла.
Сделанные допущения являю~си общепрппятьы|и при проведении газодинамических расчетов. Они ггозпочгг<от выяснить основпыс закономерности процесса и определить значения тнг.оных хаРактеРнстик двигателЯ с точностшо до 5 — 7о<ю а 2.2. тяГОВые хлРлктеРистики клмеРы ИДЕЛЛИЗИРОВЛННОГО ЖРД Тяга камеры идеализированного ЖРД Тягой камеры называют осевую составляющую равнодействующей всех спл давления, приложенных к внутренней и наружной поверхностям камеры, т.
е. Р= ) 7> соз <гг, л) <Ь; <9 )) где з-- полная (впутренняя и наружная) по<зерхпость камеры; л — норма,<ь к поверхности; х — ось камеры; р — давление (продуктов сгорания н окружающей среды) . Из этого определения следует, что в создании тяги участвуют только силы давления продуктов сгорания, действующие па внутреннюю поверхность камеры, и силы давления окружагощей среды, действующие на наружную поверхность камеры "'". При этом давление продуктов сгорания внутри камеры псременно по ее длине, а давление окружающей среды условно принято одинаковым во всех точках наружной поверхн<ютп камсрьг и равным баромсгрн'<ескому давленпго ново угу щенной среды рн.
Длн опрея< лсння тяги ЖР,'.!, ране бьшо пспользовшго ург<1<пепг<с количества движения. Такой мсгод определения тя<.и прн всех своих достоинствах (г<е требует знания процессов, происходящих внутри камеры, и сразу позволяет получить формутутяги (0.2) в конечном виде) имеет существенный ' Вопрос о влиянии пензояаричности про<гесса па параметры газа рассол грнваетси полее подробно в ГЗ 23. яя Имеется в в<гну нориальнып случай, когда в сопле вен>пу реаап.
ауется безуларное сверзкритпческое течение газа, недостаток, заключающийся в гом, что ои ие вскрывает физическую природу тяги и пе дает ответа иа многие важные вопросы теории реактивной силы, такие, как величина и место прадо.кеиия составляющих тяги, роль камеры и сопла в создаиии тяги, величина сил, действуюн!их иа элементы коиструкпии, и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
