Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Конструктивные и эксплуатационные требования определяются задачей создания надежной, удобной в эксплуатации и по возможности дешевой двигательной установки. В соответствии с этими требованиями оцениваются физические свойства топлива, охлаждающие свойства, способность к самовоспламенению и пределы воспламеняемости, химическая стойкость, взрывоопасность, агрессивность по отношению к металлам, токсичность, температуры кипения и плавления и, наконец, стоимость топлива.
Таким образом, к компонентам топлива предъявляются многочисленные и разнообразные требования, которые одновременно не удовлетворяются ни одним из компонентов, хотя исследуется возможность использования в топливах почти всех элементов периодической системы Менделеева [23). В ЖРД основными компонентами применяемых топлив являются окислители на основе кислорода (чистый кислород или его соединения) и горючие на основе водорода и углерода (углеводороды, азотноводородные соединения, чистый водород). В ближайшем будущем можно ожидать применения фтора и его соединений в качестве окислителя и соединений бора, бериллия, лития в качестве горючих. В табл.
1. 1, 1. 2 и 1. 3 приведены некоторые основные свойства окислителей, горючих и топлив. СО о о о сО О сО СЧ СЧ сО с о СЧ СЧ йх ,. М ОХ й о о Рс о Т Ф ° С О О О « о о «с с СО С' 'Ф \О О С СО сч о о Т + О М о 7 + О О 1 сс М 'х «ЗО «ЖО «ОО ОХ р о « о О ~Р о сО СЧ СО с« о о с сс СО О О с'с о СС сО Оъ о сР 2 Сс О с О О. О 'О Ф х «с О О, Ю О яс сс и О, О О х и сс й О Ю .с о О сс а с О О с" «с о х х х О «, О О, - О .Я Д й с с о сч са со о о СЧ С'Ч С СО С- О С В СО О О о ис с о о сч с« сс СО ОЪ Ъ СО «С СО СЧ + ! ! ! + с- СО - СО 8 4, 8 + ! ! ! + х с Х о О й с х х х с Ю х х О.
О о Е х к х к Х к х о О СО 4' СО СС4 УС ОС4 со 4.. са с с- 4ОО О СЬ С'4 СО С4 Й СЧ СО 4 ОЭ 111 Я Ъ О со Ус О л со ас со а'. о СС со о о о о о Ю О 4 СО Ю о со л со со со со ооо Ос О С' О С: С'4 4' С'4 СО СО Ос С'С 4 Ос О О Ю Ю О О О О со ю ас уссч ю сс СЧ СО С4 С'4 С'Э С'4 С 4 с сс со Ос СО О сс со УС СО С'4 О 4 СЧ СО Сс СО 4' Ус Ос СЧ С'4 со о о а со — — 4- СЧ Ю СО С4 С'Ъ СО 44 о о о о о Ю Сс С' СО СС 4 С С-' С4 С4 СЧ С'4 СЧ О Ю О СЧ Ю Ю О О с сэ с5 оооо оооо сч со с ас со л сооосоооосо СЧ СЧ СО Сс СО СО СО Сс у 4- СО О 4 СО СЧ СО со с ас — сс ю С'4 С 4 СО СЧ СО С 4 СО С'С С",.1 со о о о с0 ч 4 4 СО С"4 СО с с о СЧ Ю С4 Г с5 Ю о о о о оосчо г 4 Ю сс 1 о о о о сс О С СО СС Сс о О С'4 СЧ СО Ю 4 СЧ С'4 Сс 4 Ю СЧ В сс са О о „14 1„1, 1 о о Ю Э о 1 со Р.
ус „с Яи Юо о у у 4 О О. с 4 й х < О. Сс О о у 44 с О с с О, О 4. 12 И .С а О О О В 4 О В О .С ж ° 4 О о и а О О и и о а. О с у а с О Ю у О а Ч О О 4- С 444 У Сс С' о о л ас 77 С л со у с У О а с О О СО с о С'4 СЧ СЧ о о о С'4 С СО 1 о о о с» о о о о й СЧ РС 1 сс О О О а О О.
с СО у у М о о С'4 СЧ О СС РС сс о о с- О Ю с'С СЭ :у О. О 4 э' у О О с со о 4.О 4 Я-': И Ю ССЮ 11 с СС О. у 44 С < СС Ь со 3 СО 3 Ю Ю Со О СО О СЧ о л ! ! сО 3- со о л сО О СО СО 3 С 04 033 Ю со Ю Ю СО СО Сс 34 Ос Со О О О Е О 43 О О 0 й ,О О О 30 о О Ю Ю со л О Л СЧ Сс Ос Ю Ю Ю со О Ос СО Ю Ю 0 С'Р ! СР Ос сО Ос со со Ос со со ю Со Со ! со СЧ т 44 ~Я Ю 00 О. ОО О = ОЛ О О Я О О О 3 3 о О а о о СЧ Л о а О О.
О О о о О 4 О О О О ф 0 О И О Р о О О йа «ф «4 О О 3 О \ Х о 3 О О 34 О Г 3 О О' Ю Ю Ю Ю Ю Ю СЧ СО СЧ «СР СО -3 -,О СО СО СО С'О С'0 С 3 СО Ос СО 3 3 С'0 С' 4 О Ю СО Со Сс Со Ю Ю Ю Ю Ю Ю Ю Ю С'0 3 СЧ О С Оо СО 3 СО О СЧ С 4 СЧ СЧ 04 СЧ Ю Ю Ю Ю 0 Ю:о Ю Ро 3' 34 С3 С'4 Ро СО Сс ! ! ! Ю Ю Ю Ю 0 ОЮСЧ О со О "4 .О 43 аМ О ~Ю О О Я Ю 44.—. ° ОЮ '- с' Ю ЪЮ д О Ю О О * ООО аоо П О о о См <хл Тяга и удельная тяга Тяга и удельная тяга являются важными параметрами ЖРД. Формула тяги при допущении об одномерном течении газа по соплу ЖРД имеет вид Р=— " '' П+1з (рз — р ), (1. 1) где Р— тяга; Π— расход топлива; Р;, тггз, 7'з — давление, скоРость и площадь сечениЯ на сРезе сопла; р„— давление окружающей среды. При рз=р„ двигатель работает на расчетном режиме, и тяга на расчетном режиме нач р мзгг К аоо Если Р„=О, т.
е. когда двигатель работает в пустоте, то тяга в пу,уоо стоте (1. 2) Р„= — 'О+ Г,р,. (1. З) о При рз)р или рз(ри двигатель работает соответственно на режимах недорасширения и перер а с ш и р е н и я. Удельная тяга, т. е. тяга, отнесенная к секундному расходу топлива, ГОО ало лоо оео 'ЭА ггя лто зуго яз Рис. 1.7.
Влияние удельной тяги на начальную массу системы или (1. 4) На расчетном режиме р "'з (1. 5) Вводя понятие эффективно й скорости и с те ч ения гн„удельную тягу на любом режиме можно выразить аналогично формуле (1. 5) (1. 6) где тоа= таз т (Рз Ра). ~ Лл (1. 7) Удельная тяга является одним из важнейших параметров работы ЖРД, так как от ее величины в конечном счете зависит весовая отдача ракетной системы (отношение полезной нагрузки к стартовой). На рис.1.7 приведен расчетный график изменения начальной массы системы для запуска спутника массой в 5,5 г в зависимости от удельной тяги. В тепловых двигателях часто используют понятие у д е л ь н о г о расхода топлива, т.
е. расхода топлива в единицу времени при тяге в 1 кГ. 6 ! 3600 аг/час 6 Р руа ру„кГ (1. 8) 14 Поскольку удельный расход в ЖРД однозначно связан с удельной тягой, понятие бтд используется редко. Основные соотношения ЖРД Основными соотношениями, служащими для оценки работы ЖРД и определения его характеристик, являются: удельный импульс )1, коэффициенты тяги К и К и степень ушнрения сопла /г//„р. Удельный импульс давления в камере сгорания р (нлн комплекс В) гкрРг 6 (1.
9) Если выразить )) как отношение /,ррг к весовому расходу, то )1 будет иметь размерность скорости м/век. Поэтому в западной литературе удельный импульс обычно называют ха р акт ер н стич ес кой с к ор о с т ь ю и обозначают с ". Теоретическое значение )1 рассчитывается по полученному из уравнения расхода выражению г'Кт, Аи (1.
10) Здесь ир! — ! 2 )г(и г! А„= 1з~п ( ~д+! (1. 11) и — показатель политропы расширения продуктов сгорания от рг до р,р. Величины 'У/РлТг и А„зависят от рода топлива и почти не зависят от других параметров работы двигателя (в пределах 1 — 2%). Поэтому приближенно с гитают, что теоретически р зависит только от рода топлива и является постоянной термодинамической характеристикойо й данного топ л и в а. Для данного топлива величина комплекса р зависит только от качества протекания процессов в камере сгорания и не зависит от процессов в сопле. Таким образом, для данного топлива р является характеристикой, определяющей работу только камеры сгорания. Коэффициент тяги сопла К (или коэффициент тяги) (1.
12) ! и — 1 из из ( 1 из (Рз) из )( зжз — Р» ззи з Рг 2д ! ( из (-)-(-(-)' 1 (1. 13) где и„,— среднии показатель изэнтропы расширения. К= —. Р зккрРг Коэффициент тяги показывает во сколько раз тяга двигателя больше основной составляющей силы тяги /„ррг. Поэтому иногда К называют безразмерной тягой. Теоретическое значение К рассчитывается по полученному из формулы тяги выражению зз — зз " ят]! — ( ) " ]; (1. 22) ззз з„— 1 — — (! т Мз) т 7'3 1+ — ""' ' М';, (1.24) У 2 Тир 1 55 — 1+ Мз) (1 26) Пз ! 2 ! Сопоставляя приведенные выражения, мы видим, что уширение м сопла однозначно определяет любой нз основных параметров работы сопла. Отношение о=- — „ Рз Рз (1.
26) м р ма тра зри зва 5М Рз Г Характеристики ЖРД В ЖРД различают два основных типа характеристик: дроссельныв и высотные. Д р о с с е л ь н о й (или р а с х о д н о й) характеристикой называется зависимость тяги Р или удельной тяги Рт„от расхода компонентов 6 при постоянной высоте. В ы с о т н о й характеристикой называется изменение тяги Р илн удельной тяги Р „в зависимости от высоты работы двигателя Н (илн от давления окружающей среды Р„) при постоянном расходе, Уравнение дроссельной характеристики Р=7(Ст) получаем из фор. мулы тяги (1.1), преобразованной с учетом соотношений (1.9) и (1,26) н пРинимаЯ Рз=Рв'. 1А' гзр / (1. 27) Поскольку сумма, заключенная в скобки, и член рвр„от расхода не за- висят, уравнение характеристики имеет вид уравнения прямой 17 называют степенью расшире- ния сопла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
