Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 75
Текст из файла (страница 75)
С гтл При р„и=-р„==- О весь перепад давления затрачивается на преодоление гидравлического сопротивления. следовательно, точка а соотпетствует Рис 9 9 Зеи»„„и„,,ь У, УстановнвшемУса РежимУ. =У,(и, 0„) Вслслсгвие того что маги- страли компонентов топлива раоотают на одну емкость (камеру двигателя), должно выполнитьси слеп)чтиииисс ) словно; Рок.=рг=р» Исходя из этого условия, можно построить график зависимости давления в камере ш.орацпя от прихода топлива,для этого необходимо кривые Рои — Р (бок) Рт=рг(бит) просум мировать при ри=сопз1 (рис. 9.!!).
Чтобы получить установившийся режим, воспользуемся балансом расколов (прпхоц топлива в на~меру равен расхолу газа из сопла), для чего наложим на график рис. 9.! ! график р, =-ри(0) рис. 9.5 и получим точки пересечения аи, которые гоответствуют устано. 404 вившимся режимам прп данных характеристиках камеры двигателя (а,), насосов (а;) и магистралей (тс',).
По графику (рис. 9.! !) определяются давление в камере сгорания, расходы и соотношение компонентов топлива, Полученный режим раооты камеры двигателя обеспе шваст тур- аа Рис. 9,10. Номограмма Л=р(и, О, Лр) бонасосный агрегат и определяется расходом топлива в газогенератор. Чтобы определить потребный расход топлива в газогенератор, воспользуемся балансом мошностей Т,=ХУич и по- 9'зек ис р, рак Рис. 9.11.
Статические характеристики камеры двигателя строим график (рнс. 9.!2), а затем при заданном числе оборотов определим 6,„. Таким образом, графический метод позволяет наглядно представить влияние различных параметров и взаимосвязей агрегатов на характеристики установившегося режима работы двигательной установки, качественно оценить устойчивость режимов. Установившийся режим камеры двигателя определяется точкой а (рцс. 9.13).
Пусть в какой-то момент времени в результате каких-либо возмушений приход топлива в камеру двигателя увеличился. В результате сгорания дополнительной порции топлива повысится давление в камере н вследствие этого ухрсньшрртся приход топлива в нее. В то же время при повышении давления в ка. мере расход газа нз нее станет больше поминального.
Следов вательно, при увеличении давления в камере из-за ~И1 сгорания дополнительной дел р арра массы топлива происходят одновременно два ае а противоположных пронесет,а са — уменьшение прихода топлива и увеличение расхода газа. Это способствует уменьшению а давления в камере до й расчетного значения. ТаРис. 9.12. Статические характеристики ким образом, точка а соответствует устойчивому режиму работы.
Рассмотрим режим в точке а, учитывая массовые силы и силы трения, действуюрцие в системе «магистраль — камера сгорания». Пусть давление в камере увеличилось на Лрк. В результате произойдет процесс, описанный выше. Рис. 9.13. Зависимости р,;=я„рО, е) При изменении давления в камере сгорания меняются скорости поступления топлива и истечения газа из сопла.
Вследствие инерционности движения жидкости н газа вели- шна давления в камере к некоторому моменту времени окажется меньше номинальной вслпчппы. Если бы отсутствовалп силы трения в системе, то в ка- мере сгорания сушествовали бы незатухаюшпе колебания давления. 406 Благодаря силам трения газа и жидкости амплитуда ко.
лебаний давления ! меньшается н колебания затухают. Следовательно, точка а характеризует устойчивый режим работы камеры двигателя. Аналогичным образом можно оценить режим работы туроонасосного агрегата. Режим работы турбонасосного агрегата в зависимости от статических характеристик Ут — — Л'.,(л) и М„= — М„(л) может быть как устойчивым, так и неустойчивым.
Следует отметить, что турбонасосные агрегаты двигателей являются устойчивыми, но с различным запасом ушойчивостп, а л Рис. 9.14. Режимы ТНА Установившийся режим турбопасосного агрегата определяется точкой а (рис. 9.!4). Пусть число оборотов вала турбонасосного агрегата увеличилось до п| =и +Ап. Прн этом (рис, 9.!4, а) мощность, потребляемая насосами, станет меньше располагасмой мошности турбины.
Избыток мошности увеличит число оборотов. Следовательно, режим работы турбонасосного агрегата неустойчив. Если рассмотреть характеристики (рис. 9.!4,б), то аналогичные рассуждения приведут к выводу об устойчивости режима, соответствующего точке ш ййатематпческп условие устойчивости турбонасосного агрегата в окрестности точки а можно загшсать так: (9.2) Степень устойчивости тем выше, чем больше разность (9.3) 407 В В 4.
ДРОССЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ РАЗОМКНУТОЙ СХЕМЪ| Тяговые характеристики двигательной установки могут отлп~!ать!и! от характеристик камеры (см, гл. !1). 11а эзл! Характеристики кроме качества рабочего процес а и геометрии камеры двигателя большое влияние оказывает схема двц!ательной установки. В двигательных установках замкнутых схем все топливо поступает в камеру двигателя о его химическая энергия используется для гого, чтобы создать тягу камеры. С:ле:товательно, ттцовыс характеристики (дроссельная и высо!ная) двигательной установки замкнутой ох!мы и камеры Ланга тели созна т!Нот.
Рл спи РИС. чдв. ЗаВИСИМОСтЬ Ить=муд(ль) При постоянном давлении на выходе из сопла удельная тяга этих двигательных установок с ростом давления в камере непрерывно увеличивается, стремясь к пределу, обус. ловленному значением химической энергии топлива (рис. 9.15, кривая 2), В двигательных установках разомкнутых схем часть топлива после турбины выбрасывается через неподвижные или поворотные сопла в атмосферу. Таким образом, в создании тяги участвует как камера двигателя, так и отбросные сопла турбины. 1оабочттй процесс в камере двигателя организуется при таком соотношении компонентов топлива и при такой степени расширения газа в сопле, которые обеспечивают высокие значения удельной тяги.
В газогенераторе топливо сжигается при зна !ительном избытке одного из компонентов, что необходимо для получения газа с температурой, приемлемой для работы неохлаждаемой турбины. 40н Степень расширения газа в отбросных соплах также значительно чсньшс, чем в камере двигателя. Поэтому энергия топлива, направляемая в газогенератор, используется плохо и удельная тяга оторосиых сопел значительно (в 2 — 4 раза) ниже удельной тяги камеры двигателя.
Тяга в пустоте двигательной установки разомкнутой схемы определяется следлощим образом: а,, =ь" +)~, (9.4) где тзз'- — тя а качсры лвпгамля; Й" — тяга отбросных сопел. Суммарный расход оторасываемого газа равен расходу топлива а качсру двигателя, сложенного с расходом топлива в газогенератор, т. е, а=- а'+ (у' Удельная тяга двигательной установки удельная тяга) определяется соотношением рд у йух' = а (9.9) (эффективная (9.б) Подставив зависимости (9.4) и (9.9) в уравнение (9.6), получим йум . „= )т';,„— д(узз,'„— И;,,), (9Т) где узэ,,„— удельная тяга камеры двигателя; — удельная тяга отбросных сопел; ул (т = — — относительный расход топлива, подаваемого в га.
0 зогенсратор. Из соотношения (9.7) видно, мо у гольная тяга двигательной установки разомкнутой схемы всегда меныпс удельной тяги камеры двигателя. Это уменьшение тем больше, чсм болыпе разность между Й., и Й,", и доля топлива, используемая на привод турбонасосного агрегата. С увели ~шзпем р„(р„=сопя() удельная тяга камеры двигателя непрерывно возрастает, вначале более быстро, а затем медленнес (темп роста удельной тяги пропорционален Р' -(; )'-') Удельная тяга отбросных гопел не зависит от давления в камере двигателя.
Вместе с тем возрастание р„требует увеличения мошпости, потребляемоп насосами. Соответстненно увелячива|отся мощность турбины и относительный расход на ее привод. (9.9) где гУ»„— удельная мощность турбины. Расход в газогенератор в двигательных установках разомкнутой схемы составляет ! — 57о от общего расхода.
Поэтому можно сделать допущение, которое не повлияет на качественный анализ, что мощносгь турбины определяется мощностью насосов, необходимой для подачи компонентов топлива только в камеру двигателя. Давление за насосами определяется по зависимости Р и = Рк -г дРр (9.10) Давление в камере двигателя через расход определяется так: Рк= Р 1 (9.11) кр Гидравлические потери в магистрали от насоса до камеры также определяются расходом компонентов топлива: Относительный расход топлива на привод турбины пропорционален давлению в камере двигателя. Такое влиннпе Рк на УдсльнУю тЯгУ двигательной Установки разомкнутой схемы приводит к тому, что с увеличением давления в камере она сначала растет, а затем падает (рис. 9.15, кривая 1). Следовательно, удельная тяга двигательной установки имеет максимальное значение при некоторой величине давления в камере двигателя (Рк» 80 — 100 пти) (66). Исследуем, как зависят тяга и удельная тяга двигательной установки разомкнутой схемы от расхода топлива в камеру двигателя (аналогично, как было сделано в главе П), Тягу в пустоте отбросных сопел можно определить аналогично тяге камеры двигателя 1т» = Я,",,0".
Расход топлива в газогенератор через расход топлива в камеру двигателя определяется уравнением баланса мощностей турбины и насосов. Уравнение баланса мощностей имеет вид: О»1гг Лк. ок0»к Рго гог ук Пк.окток Чго ганг ЬРг = Е,();"., где Ь вЂ” коэффициент гидравлических потерь. Решив совместно уравнения (9.10) — (9.12), получим 1р Р'= —..' б»+1Я)к кр 410 (9. 12) (9.13) Если подставить уравнение (9.!3) в (9.9), то получим зависимость расхода в газогенератор от расхода в камеру двигателя б" = аг (17)а-) аа(Ы)а, (9.14) где Р К 1 Гкрагуд(К+ 1)г 1 'к.окток Ви.гтг ) ' д К Ег ) "уд(К+ 1) х пгг. Октьк лд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
