Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Поскольку коэффициент тяги в пустоте есть отношение удельной тяги в пустоте к удельному импульсу давления, то для неизобаричсской камеры В,ВВВ В,т гг В В т . Гг ~'тит К и/ г или ггтхг гг те Веги Вп Вру Откуда, учитывая соотношения (2.96) и (2.98), получим (2.99) К„, = гсгегКп, где Кп — коэффициент тяги в пустоте нзобаричсской камеры. Закан швая расс!!отренпе вопроса о потерях удельной тяги, обусловленных тепловым сопротивлением, следует отметить одно важное обстоятельство. Прп проектпроваиш! двигателя давление в камере и на выходе пз соила выбнраешя таким, чтобы обеспечить максимальну!о эффс!гтпвнукт удсльнуго тягу прп заданных таба.
ритиьгх, технологических и других ограничениях. 141 Выбранным значениям Р„н Р, соответствует определенная геометрическая степень расширения сопла 7,. Далее все ва. рианты камер рассчитываются при этом 7",. При постоянном )„скорость истечения ш, и удельная тяга в пустоте не зависят ат теплового сопротивления, а удельная тяга двигателя при работе в атмосфере (Р„-,'--О) изменяешься из-за теплового сопротивления ничтожно мало (лишь вследствие изменения в формуле (2Л2) отрицательного слагаемого —., которое в свою очередь измснястгя только пз-за к г'« из и е по и и я расхода, о бусл ов тен но го те пловы и соп роги вл си и ем ) .
В этих условиях коэффициент у~ г, большой степенью то«ь ноши можно прина~и равным единице. Определение внутренних потерь удельной тяги с учетом теплового сопротивления камеры Определяя янугрсииис погерп удельной тяги, неооходичо ~ шгываэь влияние теплового сопротивления кадири на параметры, характеризующие качесгво рабо ~его процесса ЖРД, особенно на удельный импульс давлсння !в и коэффициент тяги в пустоте Кь. Дело в том, что в реальной неизобарической камере давление торможения на входе в сопло, определяющее (при заданном р,) действительную степень расширения газа и связанные с ней другие характеристики двигателя, может изменяться как из-за неполного сгорания топлива, так и из-за теплового сопротивления камеры. Дтя правильной оценки потерь удельной тяги из-за неполного сгорания необходимо исключить влияние потерь давления, обусловленных тепловым сопротивлением.
Для этого при определении коэффи. циента полноты давления «э теоретическое значение !„(!р „,р) следует сравнивать с экспериментальным, приведенным к нзобарической камере. Приведение состоит в том, что для неизобарической камеры в уравнение (2.57) для вычисления 7„,„, вместо измеренного давления у головки Р„„, следует подставлять давление торможения на входе в сопло Р'„,„,, свЯзанное с Рэ,кс соотношением Р„„,= — ауРоэ э Следовательно, для неизобарической камерь| «и к«~ «р В«м«а а= х эк« Аналогично этому для правильной оценки внутренних потерь удельной тяги в сопле необходимо сопоставлять теоретическое значение коэффициента тяги в пустоте Кп тс„р с экс-.
периментальным, привезенным к изобарической камере, г. е. с всличиной Лекс ~п. вес, првв Ирс ве ер и, следовательно, для неизобарической камеры Лп ° екс. ся!В сгс Кп. теар Если нс внести указанных поправок, то при обработке результатов огневых испытаний камеры можно сделать неправильные выводы. Например, у камер с малым значением 1п коэффициент полноты давлениЯ сэр может оказатьси боль. ше единицы.
й зв. глзодинлмичнскии рлсчнт клмгры РНЛЛЪНОГО ЖРД Газодинамнческий расчет камеры реального ЖРД может быть либо поверочным, либо конструктивным (проектным). В первом случае определяются действительные характеристики (тяга, удельная тяга, расход топлива н т.
и.) камеры с известными размерами и режимом работы. При проектном расчете устанавливаются основные размеры камеры, обеспчивающей заданные характеристики. Излагаемый ниже по. верочный газодинамическпй расчет камеры реального ЖРЛ отличается от рассмотренного ранее газодинамического расчета камеры идеализированного ЖРД учетом внутренних потерь удельной тяги и соответственно более высокой степенью точности. 1(онструктнвный газодинамический расчет карлеры ЖРД рассматривается в главе 1Ч. Исходными данными для поверочного газодцнамичрсиого расчета являются: — основные геометрические размеры камеры (Г„, Г„п Ге); — компоненты топлива и соотношение между нитгн й; — давление в камере рп и в окрускающсэй среде р„; при этом под величиной ря понимзется статическоэе давление у головки рс равное давлению торможения р,';, — результаты термодинамнческплх расчетов горения н истечения прн заданных рп, /г и различных р„; 143 — значеиг!я основн!»гх коэффициентов согласования»а» и»п.
с!тобы повысить точногль рас !е!а, вслп шны»»„и ~» желательно определять по рсзультагам огневых испытаний двигателя. За неимением опьпных данных значениями „"„и а» следует задаться, ориентируясь па прототип, или вычислить их, приближенно определив потери в кам»»р» сгорания и сопле. Расчет производится в таком порядке. 1. Вычисляю!си относительные площади камеры сгорания /„и выходного сечения сопла /,: „!» ' ~»// кр1 ./» ~»/~кр 2. По значению /, с помощью графиков (рнс, 2.20 и 2.21) определяются коэффициент тепловых потерь давления»! и коэффициент тепловых потерь удельной тяги»»ь 3.
По величине /, с помощью таблиц газодинамических функ!цш или формулы (2.100) находится (приближенно) степень расширения газа в сопле р»/р„и давление иа срезе сопла р,=- ~' р,. При этом слег»» дует задаться значением усредн! нного показателя изоэитропы л=-пь Величина и, уточняется затем по данным те1»»»одинамич»ских расчетов горения и ишвчеиия (см.
формулу (2.58). '!'аким образом, отношение р»/р„, давление на срезе сопла р, и значение л, устанавливаются методом последовательны: ! приближений, В качестве первого приближения для кислородных ЖРД величину л! следует выбирать в диапазоне 1,12 — 1,16, а для азотнокислотных — в 'диапазоне 1,18 — 1,20. Более точно величина р, и необходимые для дальнейших расчетов теоретические значения удельного импульса давления, коэффициента тяги в пустоте и удельной тяги в пустоте определяются путем проведения серии термодинамических расчетов, аналогичных расс»!отравным в последнем разделе з 2.2. При этом для установления искомого р, задаются разл!шными значениями этой величины, близкими к ожидает!оь!у, и в каждом из термодииамических расчетов пзрзсиетров про.
144 Затем, зная" удельную площадь в критическом сечении сопла ~«р ~еру«р 3а ' «р 0 "Ггв„„ опргдгляюг ггоыггрическиг степени расширения сопла, отвс. чающие выбранным еначеиияы р„, ио ф рмулг Уа у = — '. е — у акр Истинным значением Р, будет то, при котором вычислен. ное значение Рв совпадет со значением Р„РассматРиваеыой камеры. 4. Определяется действительный 1ожидаеьгый) *' удельный импульс давления гр с учетом потерь на неполное сгорание и из-за теплового сопротивления камеры сгора~ния 1 ~р трир теор ее (2.1О1) где гр„,р — теоретическое значение удельного импульса дав- ления изобарической камеры, определяемое по данным гер- модинамического расчета (см.
З 2.2) или (приблнженгго) по формуле )г Гкег ~р теор к,ю 5. Вычисляется секундный расход топлива, потребный для поддержания заданного давления в камере: Р«Ркр еур«Р«р г т г (2.102) ' Напомним, что для етого нужно проиввести'серию термодинамнческих расчетов, аналогичных рассмотренным в и. 2 последнего раздела % 2,2, е* Здесь и далее для упрощения ааписи деиствительнме (ожидаеьгме) аиачения характеристик камеры не будут снабвгагься каким-либо индексом. 145 дуктов сгорания на выходе из сопла вычисляют удельную пл.щздь )о„ уг,т, * ~ Рже тео н секундные расходы компонентов топлива ба агтп 0= — ' О т — 1 са! сп — 1+де или (2.10К)) 7~ те == т;-..стт )рте.
теер где тт',и „,.„, — теоретическое значение удельной тяги и пустоте, опредсляемое по дзпиым тс рмодиизмичегкого р;и.- .гпи !см. б 2.2). К. Определяюгся тяга и удельная тяга камеры прп ~зр лепин окружающей среды, равном рск Р = й — Р„У-"е = еукт ..К„т„рУУ,Ркр — РпР,;, (2 107) Рк~кр Послстнее соотношение с помощщо зависимостей (2.!О!) п (".!03) чожп ~ представить в зп !е узап ' р р теер ( е/к/ейсКп. теор " тт ) (2'109) где Й вЂ” заданное соотношение между ними. б. Определяется действительное значение коэффициента тяги в пустоте. С учетом соотношений (2.8б) и (2.99) Кп кгпт1сКп. теар (2.! 03) где Кп, „,р — теоретичг скос значение коэффициента тяги в пустоте изобаричегкой кзмерьк определяемое термодинамическим расчетом (см.
з 2.2) или (приближенно) по озиой из формул (2.31), (2.33) пли (2.34) при п=пь 7. Рассчитывается реактивная сила и удельная тяга двигателя в пустоте: тт' = КпРкг'кр = птРт9сКп. тесрРкг'пр! 77ре " Ккур г с рКп. тп р7р теор глава еи ТЕПЛООБМЕН В КАМЕРАХ ЖРД И ЗАЩИТА СТЕНОК й 3.1. ОВШИЕ СВЕДЕНИЯ Высокие парамсрры рабочего процесса УКРД сл1 кат причнноп чрезвычайно нн~спсивного тсп,1ообмсна»с.к гу иродуктамп сгорания и стенками камеры 1впгатсля, Оо ц(нт~ исивнос~и ггого процесса свндетельс1вуютлокальиысзначения удельного теп.чового потока а, которые в отдельных сечениях камеры достигают нескольких миллионов и даже деакал сятков миллионов —, .
Нетрудно убедиться, что если в этих м'ч условиях нс принять соответствующих мер, то стенки камеры нагреются до недопустимо высокой температуры и разрушатся за весьма ограниченное время, исчисляемое секундами. югал Действительно, пусть д = 10 10',,;,, толщина стальноп стенки 3=8 мж, а удельный вес и теплоемкость материала стенки равны соответственно Та=8000 кГ(гаа и гч= ккал =0,1 ." ' (эти величины являются средними для стакр град лей). Время т (сек), за которое стенка нагреется, например, на ЬТ=1000', что близко к предельным возможностям современных материалов для камер, может быть определено из уравнения теплового баланса гтт = 3600оу„с„оТ. 3ВООЬГ,„гаат 3600'3'10 а'3000 01'1ООО Откуда - — " " — 10 и. =0,9 сегг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
