Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 23
Текст из файла (страница 23)
В этом случае имеем потеРю тЯги ЬРненор (Рис. 2.12). Если Ра<Р„то говоРЯт, что сопло работает с перерасширением. В этом случае также имеем потерю тяги ЛР рср (Рис 2 12) Таким образом, как при недорасширении, так и при перерасширепии газа в сопле тяга двигателя уменьшается по сравнению с тягой на расчетном режиме, Следовательно, для того чтобы получить наиболыцее значение тяги и удельной тяги при работе двигателя в атмосфере, сопло следует рассчитывать для работы на расчетном режиме.
Однако на практике вследствие неизменяемости геометрии данного сопла и 118 падения давления атмосферы с высогой двигатель почти вссгла рабогает пмешго па цсрасчетных регьпмах '. В самом деле, если камера имеет сопло, являющееся расчетным у поверхности земли (р,=! ага), то сразу же после старта дни~атель начнет работать с иедорасширепием, величина которого булег все время увеличиваться по мере набора ракетой высоты. Если же сопло выполнено со зцачеяием рз<! ага (такие сопла называются высотными), то у земли двигатель будет работать с персрасширепием, а в разреженных слоях атмосферы-- с недорагчггирепиеьг !1 только н одной точке траектории полета ракеты будет реализоваться расчетный режим работы сопла.
Вопросы, связанные с количественной оценкой потерь тяги и удельцои тяги из-за иерасчетиых режимов работы сопла, рассматриваются в ~ 2,5, Форма закритической части сопла также оказывает существенное влияние ца тяговые характеристики двигателя. Напомним, что установленные в 5 2.2 зависимости для расчета тяги и удельной тяги получены на основе допуп~ения, что скорость газа постоянна н каждом сечении сопла н направлена параллельно оси камеры. В действительности оти нргдположенин пг- соблюдаютси, что снижает тяговые хп!зпкге!Лгстпкп камер с коническими соилами (по српнпеиию с расчетными их значениями).
т1гобы хорошо оргаиизонап процесс истечения и улучшить тяговые и весовые характерис1ики камер, применяют профилироваииые сопла (см. гл. !тг). $24. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ КАМЕРЫ НА ЕЕ ТЯГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ При неизменной геометрии камеры двигателя ее тяговые характеристики могут быть изменены путем изменения режима работы. Понятие «режиьг работы» охватывает собой природу топлива и соотношение ьгежду его компонентами, расход топлива и внешние условия, из которых определяющим является давление окружающей среды рп. Влияние других внешних факторов иа работу двигателя рассматривается в П1 разделе книги. При анализе все факторы, кроме исследуемого, полагаются (по возможности) постоянными. ' Речь идет об обычных геометрических соплах -- нерегулнруемых соплах Лаваля.
Существуют другие типы сопел — с автоматической регулировкой р, на выходе. Однако они еще не получнлн широкого распространения ввиду сложности конструкции и неизученносгн всех их характеристик. Теория этих сопел ввиду ограниченное|и объема книги здесь не излагается. Интересующихся этой проблемой ооылзсм, например, к работам Г. Рао [261, К. Бермана [651 н др. 119 Ьлияние природы топлива и соотношения между его компо- нентами Если сзкигаы в одной и той жс камере различные топлива (црн й, == сопэ(), то в ней будет развиваться различная температура горения Т«и будут образовываться продукты сгорания с разьишными значениями физических «констант' > (газовой постоянной )с, усредненного показателя изоэнтропы и и т.
д.), Так как то при изменении природы топлива удельный импульс давления будет изменяться весьма сложным образом. Применение более калорийных топлив, как правило, вызывает увечичение При неизменном расходе топлива рост!е сопровождается увеличением давления в камере, поскольку лбе ! кв С возрастанием р„н Т„увеличиваются тяга и удельная тяга двигателя, так как Р )г б )р и Р К !р 1эост Р п Ртх вызывается не только увеличением удельного импульса давления )и, но и увеличением коэффициента зягп ((„; ««г .'ч' «в вследствие уменьц~ен»я отрицательного члена ~з-за роста ро, Таким образом, применение более калорийных топлив (топлив с большим запасом химической энергии), образующих к точу же продукты сгорания с малым молекулярным весом, обеспечивает получение более высоких значений всех тяговых характеристик камеры.
Прн сжигании одного и того же топлива тяговые характеристики оказываются зависящими от соотношения компонентов Й, так как последним определяются значения параметров продуктов сгорания. Это наглядно иллюстрируется графикамп изменения й, Тм )тТ« н и, от избытка окислителя а для топлива жидкий кислород — керосин (р«=20 атп), изображенными на оис.
2.13. Аналоги чно изменяются в зависимости от а параметры продуктов сгорания и других топлив. Основным выводом, выгекающпм пз анализа этих графиков, является вывод о неизбежном наличии максимума величины 120 7 ~г~)~г 7е та Вкгп!кг М 101 ггг ЛП 17 101 ЗВ 1,1В 10 lоа 34 1,10 2ФП 00 ПБ 07 ПВ 09 сг Ряс. 2.13. Зааисииосгь параясгроа проаукгоя сгораиая ог из- битка окислителя топлива при заданных условиях горения и истечения (р,, р„ гги) сУщсствУет оптимальное соотношение компОнентов Яоп„ при котором тяговые характеристики камеры имеют макси- к асек Хр сек гво 720 170 ОВ 07 ОВ 00 100 гооо, Ряс. 2.14. Зависимость 1е и Рга ог иабмг«а оьисаигеая мальиое значение. Вс.тпчииу Фо„, можно установить сеРией термодинампческих расчетов по определоншо удельной тяги (или удельной тяги в пустоте) прн переменном й и заданных условиях горения и истечения.
Для примера результаты таких расчетов удельного импульса давления и удельной тяги в пустоте топлива жидкий кислород — керосин (при да=20 ага и р,=1 ата) изображены в 121 ЙТо в функции от а (пли от соотношения компонентов )г, так как Ф=Ыс„„). Поскольку произведение ртТс определяет значение удельного импульса давления, а следовательно, и других взаимосвязанных с ним тяговых характеристик камеры, можно сделать следуюшсе важное заключение. Зля каждого К РХ и, виде графиков на рис. 2,14. Для обычно применяемых в настоящее время углеродводородсодержащих топлив оптимальное значение л находится в области небольших избытков горючего !а=0,7 ь0,9). Это объясняется в основном осо.
быми свойствами (устойчивостью против диссоциации) окиси углерода СО, являющейся продуктом неполного сгорания углерода. При уменьшении а количество СО в продуктах сгорания возрастает, что снижает теплопроизводнтельность топлива. Но в то же время благодаря устойчивости СО незначительной становится п затрата тепла на дпссоциацию продуктов сгорания. Важным является также и то, что при а<1 в продуктах сгорания содержится много молекулярного водорода Нь Повышенное содержание СО и Н,, имеющих малый молекулярный вес, увеличивает газовую постоянную продуктов сгорания.
Эти обстоятельства и определяют положение максимума КТд углеродводородсодержащих топлив в области аС1. С увеличением давления в камере А,, у этих ~оплив стремится к стехиометрическому (а„,— 1), вследствие того что уменьшается степень дпссоциации продуктов сгорания. У топлив, ие содержащих углерод, оптимальное значение Й может располагаться и в области а>1.
Заметим, что максимум Ртя в функции от з является пологим. И если по каким-либо соображениям (например, при необходимости увеличить расход компонента, охлаждающего камеру) выгоднее немного отступить от А,„,, ~о это можно сделать без ущерба для экономичности двигателя. Влияние расхода топлива Изменение тяговых характеристик камеры может быть достигнуто также изменением расхода топлива при неизменном его составе (й= сопз1). Чтобы установить основные зависимости тяговых характеристик от расхода топлива, пренебрежем вначале второстепенными факторами: влиянием давления в камере Р„ па полноту сгорания топлива и диссоциацию продуктов сгорания. Такое предположение равносильно допущению о ~независимости температ!ры горения То и состава продуктов сгорания от давления в камере.
В нешироком диапазоне изменения Ра это допущение не является грубым. Эффект влияния рэ снижается также и благодаря тому обстоятельству, что с изменением Ра температура Та и газовая постоянная Я продуктов сгорания изменяются в противоположных направлениях и приблизительно с одинаковым темпом. 122 В соответствии с этим предположением удельный импульс давления также оудет слабо изменяться при изменении ро, и сго можно считать ие зависяшим от давления в камере, а следовательно, и от расхода топлива. Удельная тяга в пустоте ~а лага (2.70) при этих предпосылках тоже не зависит от расхода голдина.
Лействитетьпо, при 7л=сопэ( и неизменной ггомггрии камеры (Рог=сонэ() эгав.инис в кам рс оьазьшасгси пропп)типональным расходу топлива: lр р,= —. О,. ~лр (2.71) Тт' = О,Р„л (2. 72) вследствие независимости )7т от Оэ изменяется пропорционально изменению расхода топлива. Следовательно, Й является ли~нейной функцией расхода топлива (давления в камере), что составляет одну из основных особенностей )КРД. Тяга, камеры Р=)7--р„Т-„=- О, 77,„- Р„Р', (2. 73) также изменяется пропорционально изменению расхода гоп. лина, отличаясь от реактивной силы только постоянным (для данных условий сравнения) отрипательным слагаемым РлРа Следовательно, и та~а камеры гоже является линейной функцией расхода ~оплпва (и давления в камере), л См. Формулу (О 5Ь Но с изменением ро пропорционально изменяется н давление на срезе сопла р„ поскольку величина р,!Р„.р, от которой только и зависит отношение р,(р„ остается неизменной.
Поэтому с увеличением расхода топлива как произведение ртТо, так и степень расширения продуктов сгорания в камере ро/р, не изменяются, а следовательно, ие изменяются ни ско. рость истечения м ю„ни второе слагаемое в формуле (2.70). Таким образом, удельная тяга двигателя в пустоте определяется только природой топлива н геометрией камеры и не зависит от давления в последней. Реактивная сила, камеры Удельная тяга ка»сры Р„= )7 рк~а кд лк (2.74) с изменением расхода топлива (и соответственно давления в камере) пз»сняется более сложно — по гиперболической Яка зависимости.
С увеличенпем расхода топлива Р»к увеличивается (вследствие р,л уменьшения отрнцагель- 7 / ! ного члена — — ", ', аспмпто- Лкта1 р / своему пределу — к удель! ной тяге в пустоте Йлзь На рис. 2.!5 показан характер измсиеипк гягоя й р 'р ''" "' меры в зависимости от 1 расхода топлива (илп, только в другом масштарк=салаг бе, от давления в камере ре). Совокупность этих графиков при р„= =сонэ! и неизменной геометрии камеры называется ее дроссельной г'тмин ра нин еа (ра) (расходной) характери- стикой. Прямая )7 †-)7(6„), ркс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
