Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Поэтому, чтобы определить потребный расход топлива 6„необходимо знать удельную тягу двигателя ца земле Рт, Из формулы (2.108) следует, что г'„ (4.1) где п„л — атмосферное давление у земли. Г„ Входящее в формулу (4.1) отношение —.— вычисляется 6 с помощью сводных таблиц термодинамических расчетов горения и истечения по зависимости Г~ Ртх.
а~Ос. Уж е где Рта а — удельная тяга двигателя на расчетном режиме, У двигателей с дожиганием генераторного газа и двигателей с вьыеснитсльной систсрой топливоподачн расход топлива через камеру Оз равен расходу топлива через двнга- 199 тель 6„, В этих случаях для двигателей, работающих в пудг стоте, 6, = — 6х„= ~, а для работающих на земле 6, = =-6,,=. Рг о Для того, чтобы определить 6а у двигателей без дожигания турбогаза, необходимо сначала найти удельную тягу двигателя (на земле или в пустоте в зависимости от условий работы) по формуле Ртк = Р„' — ЯР'.о — Р,), где Р;,„— удельная тяга камеры, вычисляемая по формуле (2.!08) илн (2.106); Р'к — удельная тяга выхлопных патрубков (на земле или в пустоте); Сгк г — — относительный расход топлива на привод ТНА.
= (гк„ Удельная тяга выхлопных патрубков определяется параметрами газа на выходе нз турбины, геометрическими размерами этих сопел и вычисляется по тем же формулам — (2.108) и (2.10б), что н удельная тяга камеры, Величина о запм. ствуетгя нз расчета ТНА. Суммарный расход топлива 6,„, через двигатель без дожигания туроогаза будет равен 6„„,= или ук. о й гсгк ' Суммарный жс расход топлива через камеру 6, в этом случае составпт- 6, ==- 6,к, (1 — д). Секундные расходы компонентов топлива через камеру определяются выбранным значением соотношения компонентов й: 6х . кбх бг 1 1 о И ~ок Площадь (и диаметр) критического сечения сопла рассчи ты в а ется с по и ощью соотношения (2.50): 200 Диаметр камеры р(, определяется выбранным значением Га велиЧины 7а= — и вычисленным значением г"„р. ~ар ° Г 4Р„ Поскольку уравнение (2.100) не учитывает изменений параметров газа, обусловленных потсрямн удельной тяп1 в камере сгорания и сопле, его нельзя применять для определения плогцади выходного сечения сопла Е,, Для расчета Е, (и диаметра выходного сечения Ы„) необходимо использовать уравнение неразрывности (4 2) Ст Р ттто сто, В этом уравнении Т, представляет собой действительный удельный вес газа на срезе сопла, а ы', ' — осевую составляюшую действительной скорости газа иа срезе сопла.
Действительный удельный вес газа на срезе сопла нахо. дится из уравнения состояния Действительное значение температуры продуктов сгорания на срезе сопла Т„входяшее в это уравнение, должно быть определено с учетом снижения температуры в камере (вследствие неполного сгорания топлива) и повышения тем. пературы в сопле из-за потерь кинетической энергии в нем, Точное значение Та устанавливается расчетом с использованием энтропийной диаграммы продуктов сгорания.
Приближенно Т„можно определить по формуле тт,-1 (4.3) Та 9 7а теор~ ) 1 ьТт где пр — показатель изоэнтропы, усредненный по давлению и температуре: Ра Ра ~ Ра Та. теор) В соотношении (4.3) первое слагаемое представляет собой температуру газа на срезе сопла, определенную с учетом неполноты сгорания топлива в камере. Подогрев газа в сопле ЛТ равен потерянной им кинети- 201 ческой энергии, отнесенной к средней по соплу удельной теп- лоемкости газа с„,, т.
е. дТ вЂ” ! вс,, „ ~ , ) где»,— коэффициент потерь удельной тяги пз-за непараллельности истечения газа из сопла. Действительная величина газовой постоянной на срезе сопла аса ввиду незначительного изменения состава газа по сравнению с теоретическим (вследствие подогрева в сопле на ХТ) и слабого влияния сос~ава газа на величину газовой постоянной без существ»ни ай погрешности может быль принята равной ссаа „,р, т. е. ес ц орегиче.кому значению, известному из термодииамического расчета. Исключение составляют те топлива, где горючим служит водород (иапример, Нс+Ом Н»+Ва). В этом случае подогрев газа в сопле может существенно изменить его состав, и поэтому )со необходимо вычислять по равновесному составу газа, соответствуюгцему температуре Т, и давлению р,.
Для расчета Еа по уравнению (4.2) необходимо кроме т, знать также тса",, '. Последняя находится из формулы удельной тяги в пчсготс ,о. с РаГа (4.4) Подставляя в формулу (4.4) вместо 6» его значение из уравнения (4.2), получим квадратное уравнсние относительно тво, с а (тво с)а ф;а сао.
с 1 а Ла 0 Откуда сЧта ч/гад„1с а ' " о 2 а (4.5) Из физических соображений удерживаем у радикала только знак ос+». Величина действительной удельной тяги камеры в пустоте Е(,ос, входягцая в формулу (4.5), подсчитывается по уравнению (2.106). Определив ца", ', находим: а» Р, =- а о.с с . та Г1Рп известных г(о и с)оо Разме)оы камеРы сгоРаииЯ полностью определяют силпчппы Ро, 2о и г~ (рис. 4.1), 202 Опыт и теоретические исследования показывают, что величина 29 не оказывает существенного влияния ни на протекание рабочего процесса, ни на величину тяговых характеристик двигателя. Поэтому ее выбирают в пределах 60 — 120, исходя только из конструктивных соображений, Основным при этом является стремление к сокрашению длины входного конуса с одновременным огбсспсчением плавного входа газового потока в сопло.
Этим двум требованиям хорошо удое:нтворяст сопряжшшс пплиидричсской части камеры сгорания с входным кон)гом, выпочнсниос ратнусом ги равным (0,7 — 0,8) г(„„. Объем камеРы ггоРашги Рк, под котоРым поиимаетсЯ объем, ограниченный огневой поверхностью головки, стенками йамеры ггораиип и критическим сечением сопла, в настоящее время аналитическому расчету ие поддастся и назначается на основе обобщения опытных данных по отработке устойчиво работающих двигателей, в камерах которых сгорание топлива происходит с высокой полнотой.
В качсствс обобгцаю~цего (статисти ~еского) параметра используется время пребывании топлива и камсрг ъч Г!од врсмснсм пребывания т„. поиимаегся условная величина, равная времени исп.пения из об ьема г'к продуктов сгорания с постоянным расходом, равным расходу топлива через камеру О„ т. с. где т,— удетьный вес прод)ктов сгорания, отвечаюшнй условиям термодинамического равновесия при выбранном давлении в камере р„и соотношении компонентов А.
Учитывая, что согласно уравнению состояния получаем (4.6) Поскольку давление в камере рк пропорпнонально расходу топлива О„а комплекс (тк7к (без учета влияния полноты сгорания) почти не зависит от р„, то из соотношения (4.6) следует, что для данной камеры (Г„=сопИ) тк ие зависит от режима работы двигателя и определяется только значением произведения К;Г„, т. е, видом топлива.
Для раз. личных топлив ъ, имеет различное значение. Оно вычисляется по данным огневых испытаний двигателя, а затем исполь- 203 зуегся для расчсгов (г, двигателей, аналогичных прототипу, по формуле 'к' = — — т,. (4.?) где (г„— объем входной части сопла. Величина (г, в первом приближении может быть найдена как обьем круглого усеченного конуса с диаметрами основа. ний дк и с(„р и углом при вершине 23т к. Нк Нкр 24 тра т к+ ~ ~яр+ ~1р)' Обычно длина 1„цилиндрической части камеры прибли.
вительно равна ее диаметру г(„. й 4ли ПРОФИЛИРОВАНИЕ СОПЕЛ ЖРД Согласно теории одномерных газовых течений сверхзвуковое сопло должно быть выполнено в виде двух усеченных конических поверхностей, сложенных меньшими основаниями. Однако по этой теории необходимая степень расширения газа (р ') — а следовательно, и достигаемая скорость истечения Рк I не зависят от формы сопла, а определяются только его гео-.
рк (ар = —, объем ~кр РР—: — — и т. и, к * А также и других, таких, как приведевиая длина а и, иая теялоиапря кеииость Оь †- — , литровая тяга (к 204 По данным заруосжной печати (б), для большинства топлив ЖРД время -.„составляет (2ер?) ° 10-в сек, причем меныиие зна ~ения тк соответствуют более высоким давлениям в камере и оолее активным (например, самовоспламеняющимся) топливам.
Основной недостаток этого ' статистического параметра заключается в том, что ои слабо учитывает специфические особенности рабочего процесса в камере сгорания и влияние ее фоРмы на величинУ (гк. ПоэтомУ он может использоватьсЯ только для первоначальной, ориентировочной оценки потребного ('к. Определив (гк, длину цилиндрической части камеры сгорания вычислить несложно: 1 (( к (' кт) к кд» г метрической степенью расширения, т. е. отно!шенисч Г„ — — В то жс время процесс исто!ения продуктов сгора- ~.о ния, как и всякий реальный процесс преобразования энергии, сопровождается рядом потерь, величина которых, безусловно, связана с формой сопла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
