Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Вначснпс /~,х л„г„ всегда (юльшс Р,, на вели шпу ., отражаюп!ую влпяг!з пие па двигатель окружающей среды. Ввиду того что удельная тяга двигателя Р,„зависит от давления р„окружающей среды, совершенство конструкции н рабочего процесса ЖРД лучше характеризует именно удельная зяга в пустоте, поскольку ее вели пша не зависит ог условий окружающей среды и определяется исключительно свойствами самого двигателя.
)04 Видно, что удельная тяга ЖРД определяется прежде всего скоростшо истечения продуктов сгорания из сопла, Удельная тяга возрастает с увеличением ша Повышение же ш„достигается нримене1нн м топлив с высоким запасом химической энергии, образуюгцнх продукты сгорания с малый молекулярным весом !с болыпой величиной ~азовой постоянной), высоким термическим КПД (высоко)1 степенью расширения продуктов сгорания в камере двигателя) и высоким совершенством всех вцутрикамерных процессов. Более подробный анализ факторов, влияющих на величину удельной тяги, будет произведен несколько позже. Г)о аналогии с удельной тягой двигателя вводится понятие об удельной реактивной силе )стх называемой удельной тягой двигателя в пустоте: В теории ЖРД ипогда пользуются понятием об удельной тяге двигателя па расчетном режиме работы камеры (когда Рэ=ро): Руд.
р =- -гс- (2.45) или, учитывая соотношение (2.13), ккэ о Р,, у э. (2.46) Однако величина Рудо пе характерна для ЖРД, поскольку случай ро=-рк реализуется лишь в одной то ~хе траектории полета ракеты. В таблицах, сообщающих результаты термодицамических расчетов горения. топлива, часто даются значения Р „„, что позволяет по соотиошепию (2.46) найти теоретическую скорость истечения продуктов сгорания из сопла (2.47) необходимую для газодипамического расчета двигателя. Значения Руд и Руд могут быть определспы как расчетом, так и экспериментально. В первом случае пеобходимо знать состав топлива (соотношение компонептов гг), давление в камеРе Ро, давлепие на сРезе сопла Ро, потеРи Удельной тяги и давление окружающей среды рк (последнее необходимо только для расчета Рук).
Чтобы экспериментально определить Руд, достато шо измерить тягу двигателя (Рч„) и расходы компоиептов топлива (Вогсэггс п Ог. око). Тогда Рокс уд. экс г гок. экс + Сгг. экс ' (2.48) Для определения )судов, пеобходикуо знать еще площадь выходного сечения сопла Рк и барометрическое давление атмосфеРы Рв, посколькУ удэ ~ч '"'+ "" ', (2,49) уд. экс бок.
вкс+ 0г, экс бок. экс+ бг.экс' 105 Удельная тяга и удельная тяга в пустоте зависят как от глубины преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания, гак и от глубины преобразования последней в кинетическую энергию истекающих из сопла газов, т. е. опи определяют собой совершенства организации не только процесса горения топлива, по и процесса истечения продуктов сгорания из сопла. Таким образом, эти величины являются комплексиыми характеристиками совер- шенства всех основных процессов, протекагощих в камере ЖРД.
Но именно по этой причине (комплексности) знание только удельной пгги (или удельной тяги в пустоте) ве позволяет дать раздельную оценку качеству организации процессов в камере сгорания (смесеобразования, горения и т. п.) и в сопле. Необходимость такой оценки возникает при отработке (доводке) двигателя.,'.[ля этого вводится третья тяговая характеристика ЖРД вЂ” удельный импульс давления. Удельный импульс давления.
Коэффициент полноты давления Удельным импульсом давления !л называется * отношение главной составляющей реактивной силы (и тяги) двигателя гс1 к секундному расходу топлива, т. е. г«1 рз «р ~мГ сем~ зд (2.50) а а, «г Удельный импульс давления имеет такую же размерность, как и удельная тяга. Удельная тяга определяет экономичность, с которой вырабатывается тяга двигателя; удельный импульс давления характеризует экономичность, с которой вырабатывается двигателем только главная составляющая его тяги.
Таким образом, удельный импульс давления является своеобразной «удельггой тягой» главной составляющей реактивной силы и тяги. Ввиду того что сила й~ создается только камерой сгорания, 7„представляет собой обобщенный критерий качества работы камеры сгорания. Это следует также и из того, что прн неизменной площади критического сечения сопла удельный импульс давления связывает между собой давление в камере рз и расход топлива Оз н тем самым определяет глуоипу преобразования химической энергии топлива в теплоную энергию продуктов сгорания.
Чтобы пояснить это, сравним два двигателя с одинаковыми геометрическими размерами, работающих с одинаковым расходом одного н того же топлива. Пусть по каким-либо причинам (например, вследствие хорошей организации смесеобразования) сгорание топлива в первом двигателе происходит с более высокой полнотой (с меныпими потерями энергии), чем во втором. В этом случае в камере первого двигателя будут более высокие давление и температура и, следовательно, первый двигатель разовьет более высокие тягу и удельную тягу. * Иногда вел«шиву ! «именуют «комплексом» и обозначахзт символом р.
В зарубежных работах вместо /л «лиро«о используют аналогичную ему величину «*=дур («Гсск) и называют ее характеристической скоростью. 106 Однако величина удельного импульса давления характеризует не только качество организации рабочего процесса в камере сгорания, по и свойстгта топлива. Чтобы показать это, сравним теперь два дтггателя с одинаковыми геометрическими размерами, работающих с одинаковым расходом и одной и той же полнотой сгорания, но использующих различные топлива. При этих условиях в камере двигателя, работагощсго па более калорийном топливе, давление и температура будут более высокими, и соответственно более высокими будут тяга и удельная тяга.
С помощью соотношений (2.23), (2.39), (2 41) и (2,43) можно установить связь удельного импульса давления с друпгми тяговыми характеристиками двигателя. Получим в (2.51) б редея (2.52) гс = ?стук С?в = К„?,С?в: Р = Ру Ов = К„? (г . (2.53) (2.54) аде дкр )'и; (2.55) Тогда ~л а ь регия )/ЙT, (2.56) Чтобы определить 1„, необходимо знать состав топлива, давление в камере и па срезе сопла, так как )с, То и () являются функциями только р,.„ра, и соотношения компонен- * Значение г'„, вычисленное по формуле (2.56), является приближенным. Более точно величина 1р определяется по параметрам продуктов сгорания в крипмеском сечении сопла (си, последний раздел $2.2).
10? Отсюда видно, что удельная тяга и тяга ЖРД пропорциональны удельному импульсу давления. С увеличением удельного импульса давления возрастают удельная тяга и тяга двигателя. При этом удельная тяга всегда больше удельного импульса давления из-за наличия сопла, влияние которого оценивается коэффициентом Кн (или К„). Удельный импульс давления может быть определен как расчетом, так и экспериментально. Выражение для расчета ?„ легко получить* нз соотношения (2.50) и формулы для расхода газа через сопло тов топлива и (напомннкт, что в формуле (2.55) Заметим, что велнчшга 1р представляет собой весьма слзоую функпп1о Ро, так как с изменением Р„значения 17 и То изменяются и противоположных направлениях'"', и величина 6 прн этом практически пе изменяется.
Г!оэтому значение 1 зависит прежде всего от нида топлива н соотношения между его компонентами, а также от полноты сгорания топлива, так как с изменением последней произведение тсТо изменяется более сушествевно, чем прн изменении Р,. Прн экспериментальном определении 1р во время опыта необходимо измеРить давление в камсРс Р,,о,, Расходы компонентов топлива и площадь крнтнческсяо сечения сопла. Тогда Ро экс Ркр рекс г: 1рэ а„,к,+а, „„' (2.57) !)айдеппый из опыта 1рок, характеризует собой одновременно и качество работы камеры сгорания, и природу топлива. В этой комплексности и состоит его основной недостаток. Поэтому совершенство процессов в данноп камере сгорания, работающей на определенном топливе, характеризуется не значением 1„моь а отношением 1„ „„ к его теоретическому значению 1р„,р, определенному по формуле (2.56).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
