Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 120
Текст из файла (страница 120)
50) Дифференцируя (15.50) по е, получаем Вт Э«к о« «к — — —,'",<а-П/й (15. 51) Это уравнение позволяет также определить Р,', по заданному времени вытеснения топлива или найти площадь Р„по заданным значениям т и р,'„(без учета теплообмена газа с окружающей средой). Определение времени вытеснения при заданном секундном расходе компонента топлива. В соответствии с (15.40) полный объем вытеснения при заданном секундном расходе компонента топлива ! с )хак[йакТ«к(1 а) + п (1 е ) (!17срЦ/(еп 14«кТ«т~. (15 54) Отсюда получаем расчетную зависимость для определения времени вытеснения т при заданном массовом расходе компонента топлива 1п: т = Гавр [К«„Т „(1 — е) + п(1 — ен~) (фсрЦ7(еп тР,кТ«т). (15.55) 4 15.3.
ВЛИЯНИЕ ТЕПЛООБМЕНА НА РАБОТУ СИСТЕМЫ ПОДАЧИ ТОПЛИВА Изменение давления в топливных баках при полете ракеты. Некоторые системы вытеснительной подачи топлива и наддува используют газ, температура которого значительно отличается от температуры компонента топлива, находящегося в баках. Вследствие этого в топливных баках возникает интенсивный тепломассообмен между жидкостью, стенками бака и газом. В полете вследствие аэродинамическо- 602 Подставляя значения Ь',„и 00',„из (15.50), (15.51) в (15.49) и решая его относительно с(т, получаем ) аке и ~"«7(АРип )т 11Так) ° (15.52) Интегрируя (15.52), определяем время вытеснения топлива 'г = 21 ак [ е " — 1Иьиа(й — 1) )тсйТ«к1 ( о.
53) го нагрева стенок бака и эволюций ракеты происходит дополнительный нагрев и испарение топлива, а также интенсифицируется тепло- обмен газа со стенками бака и компонентом топлива. Особо большое значение эти изменения имеют для ракет с вытеснительной подачей топлива, так как при отсутствии специальных систем регулирования изменение давления в топливных баках приводит к изменению тяги двигателя и нарушению заданного соотношения компонентов топлива, поступающих в камеру сгорания.
Изменение давления газа в баках в зависимости от его секундного расхода называют дроссельной характеристикой системы подачи топлива, которая строится в функции относительного (безразмерного) расхода газа, т. е. Ри =1(тпстр) (15. 56) где бр и Гх — соответственно расчетный и действительный массовые расходы газа. Для определения метода и диапазона регулирования вытеснительной подачи топлива и анализа работы ДУ при переменной температуре газа в топливных баках строят совмещенные дроссельные характеристики системы подачи топлива.
Совмещенные дроссельные хар актеристики (СДХ). Под а) СдХ понимается графнче- Гбао гааз б окая зависимость, характеризующая относительное изменение расхода газа в бак и давления в баке по времени в функции относительного из- б а менения температуры газа в ат гл баке. тр На рис. 15.3 приведены СДХ для ЖРД с ВСП АСГ с а, подогревом н ТГГ, Построение СДХ выпол- й няется следующим образом: 1. В результате предва- б) рительного расчета траекто- рб рии изделия и анализа ра- а боты опытных образцов задается закон изменения относительной температуры газа 1 в баках (график в 1т' чет- и Сс верти).
УП 2 2. По относительному изменению температуры газа в баках в соответствии с (!5.27) определяется зависимость А41Мр = 7(Т(Тр) ( Рафик Рис. 15.3, Совмещенные ироссельные хаП1 четверти), которая связа- рактеристики систем АСГ и ТГГ 003 на через заданную дроссельную характеристику системы вытеснения (график во П четверти) с давлением в топливных баках (график в 1 четверти). Проведем анализ СДХ для систем с АСГ и ТГГ.
По системе подачи топлива «АСГ с подог р е в о м» (рис. 15.3, а). Дроссельная характеристика системы АСГ совпадает с характеристикон редуктора (кривая 1 во 11 четверти). Участок эпюры вытеснения, соответствующий заданному (в пределах допуска) давлению в баках, выразится отрезком аЬ. Из рис. 15.3, а следует: 1. Тяга ЖРД с вытеснительной подачей топлива будет оставаться в пределах допуска, если изменение температуры газа в баках не будет выходить за пределы участка апЬ«.
2. Если при работе 7КРД имеют место ббльшие колебания температуры газа в баках, то для сохранения постоянного давления вытеснения необходимо либо добиться более плавных характеристик редуктора (кривая 1), либо идти на сброс части газа в атмосферу (кривая 11). Второй способ экономически нецелесообразен. По системе подачи топлива ТГГ(рис. 153, б) Так как в большинстве ТГГ газ подается в баки через нерегулируемое сечение (сопло), то дроссельная характеристика системы с ТГГ отличается большими величинами градиента б(С111(рб (кривая 1). Отрезок аЬ кривой соответствует рабочему диапазону дроссельной характеристики системы ТГГ. Из рассмотрения СДХ следует, что если ТГГ рассчитан на объемный расход газов, равный объемному расходу компонента топлива из баков, то такая система не имеет стационарного участка вытеснения, так как незначительные отилонения от расчетной температуры газа вызывают дальнейшее однозначное изменение давления в баках.
Действительно, если дроссельной характеристикой является кривая 1 и точка р соответствует расчетному режи(4у ТГГ, то изменению температуры газа (кривая 2), наступившему по каким-либо причинам в момент времени т„соответствует изменение потребного расхода (кривая 3), отвечающее точке 4 на дроссельной характеристике. Методы снижения колебаний температуры газа в топливных баках.
Основная причина изменения температуры газа в баках— колебания топлива, возникающие при эволюциях изделия. Максимальная величина колебаний имеет место в тот момент, когда собственная частота колебаний топлива в баках совпадает с частотой колебаний ракеты. При исследовании колебаний для каждого бака создается математическая модель колебательного процесса, с помощью которой определяются не только интересующие нас в данном случае «всплески» жидкости, но и силы, воздействующие со стороны жидкости на стенки бака, учет которых необходим при исследовании динамики полета ракеты. Задача снижения изменений температуры газа в баках сводится к демпфированию колебаний столба топлива таким образом, чтобы они не совпадали с колебаниями ракеты в полете.
Эта задача решается путем применения подвижных успокоителей различного типа, например использованием твердого диска, плавающего на сво- бодной поверхности топлива в баке, заливкой свободной поверхности топлива жидкостями, обладающими большим коэффициентом поверхностного натяжения и т. д., или установкой в баке жесткой перегородки, изменяющей объем топлива, подвергающийся колебаниям. Так как в полете может быть несколько резонансных точек, то иногда необходимо устанавливать несколько таких перегородок. В этом случае следует учесть, что установка одной перегородки полностью изменит частотную характеристику столба топлива в баках. Поэтому„ несмотря на наличие нескольких резонансных точек, можно подобрать место установки перегородки таким образом, что она либо практически будет снимать резонанс во всех точках, либо уменьшать количество и влияние околорезонансных гармоник.
й 15.4. РАСЧЕТ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ В ЯРД нашли применение следующие типы газогенераторов (ГГ)1 твердотопливный (ТГГ), однокомпонентный жидкостный (однокомпонентный ЖГГ), двухкомпонеитный жидкостный (двухкомпонентный ЖГГ), испарительный жидкостный (испарительный 7КГГ), аккумулятор сжатого газа (АСГ). АСГ, являясь источником газа, может рассматриваться как ГГ, отличающийся той особенностью, что газ в ием не т', ( вырабатывается во время работы 1 у 1 Ф 1 б т г р и и 17 ЖРД, а запасен заранее и расходуется по мере необходимости. Рнс. 15. 4.
Твердотопднвный газогене- ратор: В настоящем разделе Рас- , — корпус тгг; т — посппаменнтепь; 3 — аруСМОтрЕиа МЕтсдИКа раСЧЕта уКа- жнна; 4 — заряд; Б н р — гайкн; 6 и 11 — шай- бы; 7 — прокладка; 8 — днафрагма; 10 — сопЗаннык' ГГ. В КаЧЕСТВЕ ИСХОД- ло; 11 — крышка ных данных для расчета ГГ должны быть заданы вещества, служащие для получения газа; давление в топливных баках; температура газа на выходе нз ГГ; секундный расход газа и допуски на его изменение; время работы и требования, предъявляемые к физико-химическим свойствам газа: кислородный баланс, наличие твердой или жидкой фазы, степень равновесности химического состава газа на выходе ГГ и т. д.
Твердотопливный газогенератор. В качестве источника газа в ТГГ используется заряд твердого вещества, генерирующий при сгорании или разложении газ с заданными физико-химическими характеристиками. Один из образцов ТГГ приведен на рис. 15.4. К веществам, используемым в ТГГ, предъявляют следующие основные требования: возможно большее значение Г(Т при конструктивно допустимых температурах, физическая и химическая стабильность при хранении и эксплуатации, способность устойчиво гореть при заданных температуре и давлении, однозначность физико-химических свойств в партии зарядов; отсутствие или минимальное количество твердых частиц в газе; минимальное коррозионное и эрозионное воздействие газа на конструктивные элементы, минимальное отклонение параметров газа от расчетных при работе в заданном диапазоне температур окружающей среды и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
