Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 42
Текст из файла (страница 42)
б) Начальное давление в камере сгорания. Вопрос о влиянии начального давления в камере на воспламенение очень важен при организации запуска двигателя в высотных условиях. Понижение давления приводит к увеличению т, и, как следствие, к увеличению за5роса давления при запуске. Некоторые самовоспламеняющиеся топдива при большом уменьшении давления могут вообще утратить способность к самовоспламенению. Такие условия могут, в частности, возникнуть при запуске двигателя в космосе, где давление окружающей среды равно нулю.
К счастью, в таких случаях топливо, поступающее в камеру с давлением близким к нулю, оказывается в перегретом состоянии. Происходит очень быстрая возгонка топлива, и за счет образовавшихся паров давление в камере сгорания повышается. в) С оста в топлива. На величину т, влияет как изменение соот. ношения компонентов топлива, так и наличие различных, иногда ненз5ежных (например, вода), а иногда специально вводимых разбавителей нлн добавок.
Наименьшее значение т, ряда топлив не соответствует стехиометрическому соотношению. Так, напРимеР, длЯ топлива азотнаЯ кислота+50о/о ксилидина и 50о1о фурфурилового спирта изменение т, при изменении а происходит, нак показано на рис. 5.12,а и минимальное значение с, соответствует п=1,1 [9). Аналогичные графики можно получить и для других топлив. В кажном случае наименьшему значению тз будет соответствовать свое а. Различные добавки в топливе могут увеличивать или уменьшать т,. Так, например, увеличение содержания воды в азотной кислоте приводят к росту т,.
г) Опережение подачи одного из комп онентов. В ЖРД трудно обеспечить одновременную подачу окислителя и горючего, запаздывание же одного из них может привести к увеличению, а иногда к уменьшению т,. Так, из графика изменения т, в зависимости от опережения подачи с для топлива азотная кислота+фурфуриловый спирт (рис. 5.12,б) видно, что для данного топлива опережение подачи окислителя уменьшает т„т. е. улучшает запуск. Величина рациональ- Т, мсек т5 Юкиолиюело+ + горючее г,о 25 12 1,а )а сс ' гр се ер О Зо ап ЕП й5.
ча мсек ст) с) 15 с(в 1Р2 Рис. 5. 12. Влияние состава топлива (а) и опсрсжспия впрыска на т, (б) ного опережения подачи того или иного компонента зависит от состава топлива, а также от конструкции головки, так что для каждого топлива и конструкции головки имеется свой наиболее целесообразный порядок подачи компонентов. Иногда при выборе опережения подачи горючего или окислителя учитывают также, что при догорании несгоревшей в камере части горючего за соплом двигателя образуется мощный факел. д) П р о ч и е в л и я н и я.
На т, и запуск двигателя, кроме указанных основных факторов, оказывают влияние также физические свойства топлива, перепад давления на форсунках Лрф (увеличение Арф обычно уменьшает т,), форма и объем камеры, количество подаваемого компонента (увеличение количества подаваемого топлива часто приводит к уменьшению т,), многократность запуска и т.
д. Остановка двигателя ' Требования к последовательности остановки ЖРД определяются его назначением. При этом предусматривается либо остановка двигателя полной выработкой компонентов из баков, либо принудительная оста. нонка путем закрытия в заданный момент отсечных клапанов топлива. Работа двигателя до полной выработки компонентов применяется на ЗУРах, торпедах и в некоторых случаях на начальных ступенях многоступенчатых ракет. Принудительная остановка двигателя необходима на баллистических или космических ракетах, когда двигатель должен прекратить работу в заданный момент, например при достижении ракетой определенной скорости.
При этом часто двигатель сначала переводится на режим меньшей тяги, а затем полностью отключается. Для прекращения подачи топлива используются пневмогидравлические или пиротехнические отсечные клапаны. Важным критерием качества принудительной остановки двигателя является величина так называемого им пульса последействия. 212 5. 3. ИМПУЛЬС ПОСЛ ЕДЕИСТВИЯ Импульсом посл едействия» называется величина импульса двигателя с момента поступления команды на закрытие отсеч.
яых клапанов до полного прекращения работы двигателя, т. е. о где Р— тяга двигателя; т — время с момента поступления команды на закрытие отсечных клапанов до полного прекращения работы двигателя. Наличие импульса последействия сильно влияет на точность выведения космического корабля на орбиту или полета ракеты к заданной цели. Идеальным было бы полное отсутствие импульса последействия (У,=О).
В реальных условиях, однако, определенный импульс после- действия неизбежен, причем величина его зависит от целого ряда конструктивных и эксплуатационных параметров и трудно поддается точному расчету. Рассмотрим от каких основных факторов зависит величина импульса последействия. Выразив тягу через тягу в пустоте, получим из выражения (5.18) (5. 19) » =1Р»11. ллгл ) уоР »2 . о о Так как обычно выключение двигателя производится на большой высоте, где давление р„близко к нулю, вторым слагаемым можно пренебречь и считать .)' =~ Р„„„бг»т. (5.
20) Изменение расхода топлива л» за время т определяется, во-первых, законом перекрытия отсечных клапанов, а после их закрытия — условиями вытекания жидких и испарившихся компонентов из полостей камеры двигателя и прилегающих участков трубопроводов до отсечного клапана. За это же время т изменяется удельная тяга в пустоте вследствие ухудшения р как в результате ухудшения качества процесса сгорания с уменьшением давления в камере сгорания, так и вследствие изменения соотношения компонентов». Следует подчеркнуть, что при неизменном р давление Р»„, с уменьшением расхода 6 также не изменяется, так как в пустоте удельная тяга не зависит от расхода топлива. Схематически изменение тяги в пустоте Р„= Р... 6 в течение времени т можно представить в виде графика, представленного на рис.
5.13. При этом период времени т в соответствии с сущностью процессов, определяющих тягу, упрощенно можно представить в виде суммы »1+ »2+ 13+ тл' (5. 21) Соответственно и импульс последействия также представим в виде СУЛ1МЫ У.=У. +У.2+У. +У.. (5. 22) Рассмотрим составляющие времени т и оценим соответствующие слагаемые импульса последействия. т — время инерции к а м е р ы.
В течение этого времени камера сгорания работает еще за счет превращения жидкого топлива, имеюще- 213 гося в камере в момент подачи команды на отсечку клапанов. Дело в том, что в любой момент работы двигателя в камере сгорания имеется запас топлива, равный произведению секундного расхода на время превращения т (см. э 3.1). Независимо от того, началось в этот момент закрытие отсечных клапанов или нет, тяга двигателя при дальнейшем превращения этого запаса топлива остается неизменной.
Вследствиеэтого в течение некоторого времени ть прошедшего после поступления команды иа закрытие клапанов, тяга двигателя Р, остается неизменной и равной тяге двигателя до момента начала отсечки двигателя. Время т! можно считать равным времени превращения, т.е.т!=0003 —:О 008 сек. Величина импульса последействия за время т! равна ~„,=Р„,, (5. 23) Рис. З. !3. К оиеике импульса послелейстиия Величина У,! будет тем меньшей, чем меньше тяга двигательной установки перед остановкой двигателя. Поэтому для уменьшения составляющей У„! и, как мы увидим дальше, всех остальных слагаемых суммарного импульса последействия двигатель необходимо останавливать на режиме возможно меньшей тяги.
Для этого используется ступ енч а т а я остановка двигателя. Иногда для уменьшения импульса после- действия сперва выключают основные двигатели и «доводят» ракету до заданной скорости с помощью рулевых двигателей, которые, имея малую тягу, имеют соответственно и небольшую величину импульса последействия. тя — время на закрытие отсечного клапана. Втечение этого времени расход топлива падает от номинального до нуля. Время тг определяется типом отсечного клапана и его конструкцией. Для пневмоклапанов та=О,! —:0,3 сик; для пироклапанов оно значительно меньше и составляет 0,001 †,005 сек.
Хотя закрытие клапана начинается с момента подачи сигнала на отсечку, время те следует отсчитывать непосредственно за временем ть так как изменение расхода при перекрытии клапанов начнет сказываться на тяге двигателя со смещением на истинное время превращения, т. е. со смещением на время ть Величина импульса последействия за время та равна Упе ) Рул.аа 2 с~т.
(5. 24) Для определения Х,а по формуле (5.24) необходимо для данной конструкции клапана знать закон изменения расхода ст по времени закрытия. Значение Рт, можно считать неизменным и равным значению Р „на номинальном режиме работы (некоторым изменением Р„л, за счет ухудшения процесса сгорания в камере пренебрегаем). 2!4 При отсечке подачи топлива пироклапаном тяга падает значительно быстрее (пунктир на рис.
5. 13). Соответственно и импульс последействия г' з прн применении пироклапанов будет, очевидно меньше. тз — время работы камеры за счет поступления компонентов, оставшихся в полостях после закрытия клан а н ов. После закрытия клапанов в полостях трубопроводов и камеры двигателя на участках от отсечных клапанов до форсунок (коллекторы камеры, охлаждающий тракт, полости головок и т. д.) остаются компоненты топлива. Так как наружное давление близко к нулю, величина давления в полостях также падает до значений, при которых начинается кипение компонентов. В результате в полостях устанавливается давление, равное давлению насыщенных паров компонента при его температуре. Под действием давления насыщенных паров, а также вследствие давления столба жидкости и действия сил ускорения в камеру сгорания начинают вытесняться жидкие или испарившиеся компоненты (в зависимости от места нахождения компонента по отношению к форсункам).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
