Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Проследим на упрощенных графиках (рнс. 5.3), как будут изменяться Стф(!) и р,,(!) после случайного отклонения от стационарных значений, 9Я Для этого по осн абсцисс отложим время, а по оси ординат 6,~,(1) п р„(1). Нанесем на графики также линни стацно. парных значений рфэт, р... и 6Ф „. Пречположим, что в некоторый момент времени 1, в результате какнх-лиоо сл)чайных прнчпп давление в камере упало и стало равно рп<р„в, При этом перепад давления па форсунках Л)пэ сразу 'кс возрастет и станет равным Арф >бра„. Но так как 6Ф Р Лэф, го расход топлива также мгновенно увеличится и станет равным 6в~)6в,, Увеличение расхода жидкого топлива приведет к возрасттни~о давления в камере.
Однако это произойдет не сразу, з по истечении времени -.„, когда из избыто шого количества топлива (Л6в=6гм — 6в„,) образ)потея газоооразные продукты сгорания. Следовательно, через т„секунд давление в камере, являя(шееся функцией от 6чн > 6в ьт, достигнет значенияя р„.,>у, „„ а перепад давления на форсунках мгновенно уменыпится до Лрвэ<Лув „. С уменьшением Лрвэ мгновенно сократится и расход топлива до 6+в< 6в „,.
Но, как и в предыдущем случае, уменьшение расхода жидкого топлива повлияет на давление в камере только через тв сс. кунд, Г)о истечении ~того времени давлснш в камере, опршшлясмос значением 6~э<6фв„упадет до рв,<р„,, н цикл колебзпня завершится. Далее этот процесс начнет повторяться и, следовательно, возникшие в камере колебания давления в принципе могут самоподдерживаться. Истечение продуктов сгорания из сопла будет демпфировать (уменьшать) темп изменения давления в камере, замедляя его как в момент провалов давления (вследствие уменьшения расхода газа через сопло), так и в моменты подъемов давления (вследствие увеличения расхода газа).
Таким образом, вследствие запаздывания между изменением расхода топлива через форсунки и изменением давления в камере н вследствие обратно~о влияния последнего па расход топлива после случайного отклонения давления в камере от его стационарного значения может наступить колебательный характер процесса изменения р». Нетрудно установить неооходнмый для этого фазовый сдвиг между давлением в камере и притоком в пее авва вг ~с.тствис горения жндксчо топлива и тн мслтзт периодом колебаний дав.тсния Т„в временем преобразования -.„. На рис, б.4 изображс. ны: изменение давления в камере д„(1), изменение секунд.
ного расхода топлива через форсункн 6в(1), цзмененне секундного газопритока 6„,„(1) вследствие горения и изменение секундного расхода газа через сопло 6,(1) после некоторого стационарного режима. оо ' аг (б Рис. ал. Изменение параиетрои раба чего проиесса а камере ЖР?? при по ? стоипно?г асличнпе ти и ?'и 2 2 (5.1) где пг=-Е 3, 5, 7... Для топлив ЖРД типична величина та=0,005 сек, что соответствует периоду колебаний Т„=-ОЯ сск плп частоте ?„= == )00 гп -- характерной гастоте низкочастотной неустойчивости. Другой возможный механизм возникновения колебаний низкой частоты предложен Л. 1(рокко 128), Оп основан на предположении, что само время преобразования тп пе постоянно, а зависит от давления в камере, причем с увеличением р„ величина ти убывает, н наоборот.
Справедливость 3аб Давление в камере определяется изменением количества газа и пей, т. е. опо зависит от секундных расходов 6»и,,(?) и 6с(?), Но поскольку ?»»,(?) и 6с(?) колеблются сипфазно, то изменение ри(?) будет определяться разностью фаз колебаний давления и секундного притока газа в камеру вследствие горения, т.
е. соотношением между;„и Тн. Ести ти будет очень мало по сравнен?по с периодом колсбапия давления Ти или больше его в целое число раз 1в том числе п равно ечу), то колебания ?т„.(?) и 6»„„,(?) бурт ?г) д)т происходить в противофазе.
В этом случае при повышении давления газопрпток в камеру вследсгвие У горения будет уменьшаться и будет снижаться ампли. туда колебаний рн(?). И наоборот, при снижонгин дав?и нпя горение будет повышать р„(?) увеличением га- а»а»Я ' ..„ Г зообразованпя. Процесс бу- дет стабилизироваться. Если та Ги ~ же время преобразования ;„ будет равно полупериоду колебаний Ти (или больше его в нечетное число раз), то р»»Я и 6»аа(?) будут колебаться си~нфазч»о. Б этом случае наибольшее количество газа будет образовываться в камере паге~нно при самом высоком давлении в ией, что вызовет еще большее повыше~иве Уи1?), и наобоРот, в»моменты п»вова»тов давления газо~приток будет мравина»тьнгям, а еще более снизит ?т„(?).
Система начнет раокачиваться. След»»в»»тел»»но, н простейшем случае условие самовозбужденпя низкочастотных к»»ле»бг»мпйг имеет пид такого предположения при стационарном режиме работыдвигатсля подтвер)кдается опытнычи данными. Очевидно, что его можно распространить и на колебательиый режим. Л это значит, что время преобразования будет меньше среднего значения, когда давление в камере (усредненное за некоторый интервал времени ") превзойдет среднее значение рн(1), и наоборот. Изменение параметроп рабочего пропессп в камере )КРД при переменном -„, показано на рис, 5.5 При колебаниях давлении время преобразования будет мини- ! мальиыч, когда давление ))" (1) за нрс))и ус()сднсцпя достигнет чаксичального значении, и наооорот. Ото)ода ! следует, во-первых, что пе- т,)1) 1 риод колебаний величин рн(() и тн(() одинаков и, во-втооых, что между коле- с„ и колебаниями времени пре- гааеа я образования топлива существует определенный фазовый сдвиг: (см.
рис. 5.5). При постоянном расходе ееаа(1) жидкого топлива через фор- )а сункп и переменном времени преобразовании процесс саииаднв)й сдана па ч)паа горения (газообразования) рнс дз. И)менепне параметров равобудет соответственно рас- не"о процесса в камере 7КРД прн истягиваться или с)кпматься ременном аняченнп сп во времени.
Скорость горения (газообразова|ния) будет достигать максимального значения при наибольшей скорости уменьшения времени преобразования н минимального значения при наибольшей скорости возрастания,, т. е. скорость газообразопания будет запаздывать на 1))4 периода колебаний т,. Если суммарный сдвиг по фазе колебаний тн и скорости газообразования окажется равным полупериоду колебаний давления Тп, то создадутся условии для возбуждения и поддержания автоколебатсльиого процесса в камере, так как газовыделение будет паименьши)1 в моменты провалов давления, и наоборот.
Заметив, что этн колебании могут возникать без всякого содействия со стороны системы подачи, Л. Крокко назвал этот впд неустойчивого горения в )КРД ' ти Кронко производит )среппепос р„(!) аа интервал времени, ран- ний срслнсму значению времени пр оГ)р))аоаания ся се. пнутрнкзме)~пой неустойчивостью, Р простейпеа~ случае условием самовозб)л;пения эти; колебаний является соотношение 'и, рр пле т,,р — среднее значение времени преобразования. Если, как и в прелыд)щем случае, принять зч,,р= =-0,005 гек, то частота этп, колсоанпй 1ч()а=)1Тч=100 гп) окажется равной характерной частоте низкочастотной не)стойчпвостп.
Рассмотренные механизмы возбуждения и поддержания ппзьочаг1отпых колеоаппй в камере ЖРД различны ио гв» и прпритс. !! > тзк как они характеризуются примерно одпнакивычп чзшозными условиямп, то могуг деиствовать и одновременно, усиливая друг друга. Итак, случайное отклонение Рч от его стационаРного значениЯ может привести к возникновоншо низкочастотных колебательных процессов в камере. Поскольку эти случайные возмущения )р„, всегда имеют место при работе ЖРД, то практически величины р„, бф, б„„и Ор колеблются во времени.
Однако этот важный вывод еще не дает права говорить о непригодности двигателя к эксплуатации. Необходимо рассмотреть дальнейшее изменение этих колебаний. Они могут быстро затухать, сохраняться неизменными или развиваться. В первом случае режим работы двигателя будет устойчивым, во втором — находиться на границе устойчивости и в третьсм— неустойчмвым. От конструктивных особенностей п режима раооты ЖРД зависит возникновение регулярного колебательного процесса в камере с пагубными последствиями для двигателя, Большое значение имеет и природа используемого топлива.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
