Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 45
Текст из файла (страница 45)
В камере газ движется. Граничные условия на концах цилиндра (у головки и сопла) также отличаютсн от граничных условий процесса в просто» закрыло» полин чрс. Удз пба ч с с,ч»зг ~о ьь( - ) З-О Рис. В,(0. Мгновенное распределение давления газа прн радиальных колебаниях высокой частоты (первая мода) Рис. 5.9. Распределение давления и скорости гази при гюперечных таигевпиальных колебаниях высокой частоты (первая бегущая мода) Продукты сгорания пмензт неоднородный состав и обладают реальными свойствамн (вязкостью, теплопроводпостыо). Стенки камеры являются упругими. Эти отличия приводят к существенной разнице в формах и частотах колебаний газа в камере по сравнению с колебаниями газа в закрытом цпл~вндре.
Однако основная особенность этих колебаний (как продольных, так и поперечных и ковгбинированных) сохраняется. Эта особенность состоит в неизбежном наличии узловых пою рхиостей (гд~ гизнл(нпе пе колеблется) и пучпо- стей, в которых давление колеблется с нанболыпей амплитудой. Если процесс горения топлива сосредоточен Вблизи уз,)ов, то он не в состоянии возбудить эпергшо, необходимую для поддержания колебаний.
И наоборот, с!С)! бблыпая доля топлива сгорает в областях вблизи пучпостей, тем ббльшнми будут колебания скорости горения (газовыделенн)1) в этих областях, а с ними н количество энерпш, пита)ошей эти колебания, Еледовательно, в отличие от низкочастотных колебаний, !!лови! и сйк!ОВОЗО> ж)шипя !соторых ВВл51стс я только Одно Врсмсп!!01'.
условно (й>. ! ), для уста новлщп)В р151л5)рных Высокочастотных колсГ>апий газа и камере ЖРД псобхсошмо выполнение двух условий; временного и пространстве)шого. Временное условие может быть сформулировано в виде СООМ)ОШСПНЯ ~пк т В -->п —,— п.ср > где '„„„-- среднее за период колебания время ирсоГ>р!1- зованпя топлива; Тпп — перно) Одной пз форм с))оствонных «ОлсГ>а~н))Й газа в камере; т = — 1, 3, б...— любое нечетное число. 11ространствепное услов!и состоит в том, что горение топ лнва должно происходить вблизи пучностей воли давления.
Рассмотрим меры борьбы с этим видом аномального горения, Вытекающие нз рассмотренной выше качественной картины явления. Чтобы ис соблюдалось пространственное условие самовозбуждЕПИя ВЫСОКОЧаетОтпЫХ КОЛЕбаппй, Псс>бт>ОЛИЫО раССрсдО- то ш)зать (растягивать) горение топлива по всему объем;: кам!ры Для этого головку двшателя рекомендуется Огпащать форсункамн с разлпчпылш характсрис'тнкзз)п распыления.
ЧТОГ>ы нарушить временное условие самопозбуждепия этих колебании, можно воздействовать как па величину частот собственных,колебаний газа в,камере (т. е. )на период колебаний Тпп), так и на велнчинУ вРемени пРеобРазованиЯ топлива (!ериод соб>ствеиных колебаний )аза Тпп можно регулпро. Ва!ь изменеип!м соотношений между геометрн'!сскиь!и размерамп камеры. !1апрпмер, для уменьшения Тм, .нрн продольных колсбашгих следует сокращать длину камеры, В для уменьшения Тп„при поперечных колебаниях целесообразно устанавливать перегородки внутри камеры вблизи голов.
ки и т.д. Чтобы измешпь время прсобразовапия топлива, необходимо ВарьирОВать ско(В)ст1, Впрыска и м)к!косы* распылю)ия 234 жнаких компонентов топлива, условия смессобразованпя, химическукз актпвпосгь комп нпч1тов топлива и т, и. Заметпхь что велн1шна Тм, очень мала (например, при ~„=!ООО ап -;"'- —.. 00005гск). Поэтому указанные выше возй действия иа т„сводятся обычно к тому, чтобы ~вслнчпть этот параметр снижением перепл ш язвления на форсунках, ухудшением качества распгилепия и смессобразовапия топлива, заменой топлива на хими ~осип мопсе активное и т. и. Если способы борьбы с высокочастотной неустойчивостью в УКРД сопоставить с мерами по устранению в двигателях низкочастотных колебаний, то легко убедиться, что опи в основном противоположпгя друг другу.
В этом и заключается главная трудность лостижепия устойчивой работы )КРД: устраняя один вид неустойчивости, легко ьюжпо вызвать другой. РАЗДЕЛ ВТОРОЙ АГРЕГАТЫ СИСТЕМ ПОДАЧИ ТОПЛИВА ЖРД Системой подачи топлива ЖРД называется совокупность устройств, обеспечивающих поступленис компонентов топлива из баков в камеру при работе двигателя Так как тяга равна произведеншо расхода топлива па удельную тягу, а удельная тяга в свсно очередь зависит для дапносо двигателя от соотнопсеяпя расходось компонентов, то работой системы подачи ЖР;1 сшрелелясотся в значительпой степеии его основпые параметры - - тяга и удельная тяга.
В связи с этим многие качества жидкостного ракетного двигателя (иапричер, надежпость и точность работы, возможность и качество регулироваиия тяги) зависят от того, насколько удачно выполнена применяемая на двигателе система подачи. Время хранения ЖРД с заправленным топливом и быстрота запуска связаны с особенностями конструкции агрегатов системы подачи. Вег устройств системы по. дачи топлива не только сравним с весом камеры, но может и превосходить его. Так, из 930 кГ общего веса двигателя ракеты «'сп2» иа вес камеры приходилось лишь 420 «Г, Следовательно, и весовые характеристики двигателя определяются в значительной мере весовыми характеристиками агрегатов, подающих топливо.
Исходя из сказанного, можно заключить, что система подачи топлива является важнейшей системой ЖРД и что от ее совершенства зависит совершенство всего двигателя. Во введении уже отмечалось, что все системы подачи делятся иа две большие группы — насосные и вытесиительные,. В систему подачи топлива жидкостного двигателя входят многие элементы, которыми обеспечивается эксплуатация )КРД и сго работа. Так, обязательными являются устройства для заправки баков, клапапы, открывающие и закрывающие магистрали для поступления компонентов топлива в камеру, регуляторы расходов и т. п Одпако основными агрегатами системы подачи принято считать те, которые повышают давление топлива. К основным агрегатам насосных систем относятся топливные насосы, турбины.
приводящие их в действие, и генераторы рабочего тела туроипы. Главными же агрегатами вытесиительиых систем являются аккумуляторы давления. Основы теории и расчета именно этих агрегатов и рас. смалриваются в настоящем разделе книги. 230 ГЛАВА Ч1 НАСОСЫ ЖРД ф ад. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАСОСАХ. ПАРАМЕТРЫ НАСОСОВ Насосом называют устройство, преобразующее механическую энергию привода в энергию потока жидкости. Насосы систем подачи топлива ЖРД устанавливаются в магистралях (трубопроводах), соединяющих баки двигателя с камерой. Если давление жидкости и скорость ее движения при входе в насос составляет р„и с„х, а па выходе из насоса р„хх и с„,х то увеличение энергии одного килограмма жидкости в насосе составит х ,Ч Рвы» — Рвх вых вх с — с где 1 — удельный вес жидкости.
Эта величина называется напором насоса. она измеряется в метрах столба подаваемой жидкости. В большинстве слуаев с„=с,„„и хЧ=, т. е. напор прямо прохх ввых Рвх т порционален увеличению давления жидкости в насосе. Напор является одним из параметров, характеризующих насос. Вторым параметром насоса служит производительность, под которой понимают количество жидкости, подаваемое насосом в одну секунду. Различают весовую 6 кГ~сек и объем. ную О мх~гек производительности. Очевидно, 0 =- Ят.
Произведение напора на производительность определяет увеличение энергии всей жидкости, подаваемой насосам в единицу времени, или работу в единицу времени, т. е. мощность (назовем ее полезной) ВВУ Мшцность У„, которая затрапшается двигателем (турбниои) для ир ~вола пасоса, бутст больш. полезной мощности, так как преобразование энергии в насосах происходит с потерямп.
Это учизыьается коэффициентом полезного действия насоса ''и П == Оцепим тс зна ~ения основных параметров, которые характерны для насосов современных ЖРД. Давление за насосом р„,,„. должно быть больше давления в камере на всличипу гидравлических потерь от насоса до камеры (с учетом потерь на форсупках и в рубашке охлаждения). Прибли>кенцо (для ЖРД без дожигания геисраторного газа) р„„. =-. (1,25-- 1,5) р,. Как 'жс отмечалось раисе, для современных ЖРД характерно р, =-50--100 кГ(гжэ и более, прн этом давление на выходе из пасоса должно составлять 7г„„= —. гО -- 150 ггГ/гм-". Давление па входе р„х=2 — 5 кГ(см'. Если насос подает горючее с, ==800 кГйи' (керосин), то напор Н=— при установленных выше значениях р„„и р„х составит И=-750 — 2000 хв Для окислителей па основе азотной кислоты (7= =-!500 кГ/,иа) при условии, что значения давченпя на входе и выходе будут такими жс; Н = 400 — 1000 лг.
Для насоса, подающего жидкий водород (7=70 кГ(м'), даже при р„,„=70 кГ)сит Н=10 000 м. Производительность насосов определяется главным обра- зом тягой двигателя, так как расход топлива в камеру со- Р ставляет сг= —,. Мощность насоса при этом зависит как гх от тяги камеры (через производительность), так и от давле- ния в цей (через напор). Коэффициент полезного действия насосов современных ЖРД составляет п==-О,З вЂ” 0,7, На рис, 6.! приведены значшшя объемной производитель- ности и мощности насосов горючего н окислителя в зависи- 238 мости от тяги двигателя и давлешгя в камере, рассчитанные при услошш, мо ро = 1500 гсГ~ ггл; Тг = 800 гсГ~ ив; г, = 0,7. Как ьидно пз рисупка, параметры пасосов УКРД меияюгСя В Заппг'ПМОС1И О! ХараитЕрпетИК дВИГатЕЛя Ь ОЧЕПЬ СПЛЬ- но'! степеип.
Мгицпостг пасосов ЖРД большой тя!и, в чпсгности, пзмгрп! топ гысячими и даже десятками тысяч л. с. ". аа а И!ггг Ек , г~'„"ел г,а г,а п,а га ППП ааа Рг а гпп паа паа р, !па а Рис. 6.!. Зввпсичосгь порачегров ипсосп ДВВГВ1ЕЛИ ог лггрггкге!иге!п!г Классификация насосов !!с!ПРИЛ!С!Ь ЛЮЩИОСП, ГОПВИВныл НаСОСОВ ДВИГВ ГЕЗВ ЕР.!», ПРЕД- ивзиггчггсг1о!о ж!г! ро! 1м кци !Грпэ, сосгвипвег примерио 60000 л. с. 239 Все насос.ы, прпмепяемые в технике. могут быть разбиты по принципу действия из три группы: объел!высь струйные п лопастные.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
