Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 122
Текст из файла (страница 122)
Например, при горении трубчатых зарядов на диаграмме давления могут иметь место забросы (рис. 15.6, а). Анализ этого явления показал, что на внутренней поверхности трубчатого заряда ближе к выходу из ГГ из-за увеличения скорости газа не только увеличивается скорость горения, но и возникают своеобразные кольцевые волны, дополнительно увеличивающие поверхность горения. Рис. 15.5. Характер горения Рис. 15.6. ггиомальвое горение заряда: а — горевве с забросом иавлекпа; б — прерыввстое горевве Другой характерный вид неустойчивого горения заряда связан с обратным явлением — созданием настолько неблагоприятных условий для горения, что сгорание протекает чрезвычайно вяло, с неполным выделением энергии (до 50%).
В некоторых случаях горение может иметь пульсационный характер с периодическим падением давления в камере до значений, близких к нулю (рис. 15.6, б). Стабильность работы ТГГ. Рассмотрим условия совместного горения заряда и истечения продуктов сгорания из камеры ТГГ при сверхкритическом перепаде.
Секундный приток газа т,р определяется газопроизводительностью заряда и уравнениями (15.66) и (15.68): тп = АЯр,р„. (15.72) Расход газа из ТГГ определяется зависимостью (15.69). Сопоставляя уравнения (15.69) и (15.72), на рис. 15.7 приходим к выводу, что различие показателей степени при лгр лгл лгр давлениях в уравнениях прихода 1" и р и расхода газа приводит к самор регулированию давления горения в камере ТГГ. Действительно, пусть -лр +Ар по какой-либо причине давление в камере, характеризующееся равр новесной точкой С, увеличилось на +Ар, что нарушает равновесие Рис. 15.7. устойчивость работы тгг в сторону увеличения расхода газа над его приходом. Давление падает, и ТГГ возвращается к исходному расчетному режиму.
Легко проследить обратное явление. Это называется процессом саморегулирования работы ТГГ и имеет место в пределах действия степенного закона изменения скорости горения при 0 < чг < 1. Влияние показателя степени. Показатель степени у оказывает большое влияние на эксплуатационный диапазон изменения давле- Рис. 15.8. Зависимость скорости горения от давления; а — обычные топлвва; б — топлява. пмеюгпяе аплато в закове скорости горекяя; е — мева-топлвва; à — прп повышекпай яачальпой температуре; у — прв пормальвой пачальяой температуре; 3 — прп попвжевпоя яачальпой температуре ния в ТГГ.
Если для различных топлив построить зависимость (15.66) в логарифмических координатах (рис. 15.8, а), то можно проследить, что ы определяет тангенс угла наклона кривой изменения давления по скорости сгорания чг = б((1пи)Ы(1пря). Отсюда следует, что при заданном эксплуатационном диапазоне изменения скорости горения [определяющемся в соответствии с (15.67) эксплуатационным диапазоном температур) величина предельного отклонения давления определяется значением р.
Некоторые топлива не следуют линейному закону и =- Дри) в логарифмических координатах. Для них существуют области в характеристике и = 1((уп), в которых параметр и изменяется по величине, уменьшается или даже имеет отрицательное значение. Если чг заметно уменьшается на каком-либо участке изменения рп (рис. 15.8, б), то такое топливо относится к классу топлив, имеющих с<платов в законе скорости горения. Если величина чг становится отрицательной в некотором интервале давлений (рис. 15.8, в), то такое топливо относится к классу так называемых меза-топлив. При малом значении уменьшается чувствительность скорости горения к изменениям давления. Из (15.70) следует, что при уменьшении показателя и влияние коэффициента А на давление в камере ТГГ уменьшается, т. е чем меньше показатель р„тем меньше разность давлений в камере ТГГ при заданном интервале температур заряда.
Это позволяет создавать более легкие конструкции камер ТГГ. В ряде случаев становится предпочтительным применение меза-топлив. В области отрицательного наклона кривой рост давления (в результате, например, внезапного увеличения поверхности горения при нарушении целостности бронировкн) сопровождается снижением скорости горения или увеличение скорости горения (вследствие увеличения температуры заряда) сопровождается снижением давления в камере. Это приводит к стабилизации горения заряда и позволяет существенным образом снизить эксплуатационный Разброс давлений, а следовательно, и массу ТГГ.
Данный вывод можно проверить с помощью уравнения (15.70). При э = 0,75 получаем 1!(1 — ч) = 4, поэтому увеличение коэффициента А на 10'м приводит к увеличению давления Р„на 1,1' = 1,464, т. е. на 46'л', при уменьшении ч до 0,25 получаем 1/(1 — ч) =- 1,33 и аналогичное изменение А сопровождается ростом давления лишь на 14%. Если ч принимает отрицательное значение, то 1/(1 — ч) ( 1 и р„измененяется на меньшую величину, чем коэффициент А. Расчет размеров заряда. Время сгорания заряда (время работы ТГГ) определяют скорость горения и линейный размер, соответствующий длине заряда по направлению, перпендикулярному поверхности горения.
Зтот размер называют сводом заряда и обозначают через Ь: (15.73) т =И!и, где и,р — средняя скорость горения заряда за время тх при 1, „„. Величину свода рассчитывают исходя из заданного т по уравнению (15.73). Секундную газопроизводительность заряда определяют по уравнению (15.72), При постоянных поверхности горения заряда и скорости горения количество генерируемого газа постоянно. Закон изменения расхода газа задается техническим заданием на проектирование. Наиболее часто стремятся получить постоянную по времени газопроизводительность, что соответствует постоянной поверхности горения. Самым простым методом обеспечения цостоянной поверхности горения является применение заряда цилиндрической формы, горящего с одного или обоих торцов.
Чтобы предохранить наружную цилиндрическую поверхность заряда от горения, ее необходимо бронировать, т. е. покрывать специальным негорючим составом. Такие заряды называют зарядами с торцовым горением. Небронированный трубчатый заряд обладает слабой дегрессивностыо (6 — 10%). Трубчатый заряд, бронированный с наружной цилиндрической поверхности, — прогрессивное горение. Цилиндрический небронированный заряд без центрального отверстия — дегресснвное горение. При расчете зарядов, горящих одновременно с нескольких поверхностей„ следует учитывать соответствующее уменьшение расчетной величины свода, так как поверхности горения могут пересекаться друг с другом. Например, у трубчатого заряда, горящего одновременно с обеих цилиндрических поверхностей, расчетная величина свода соответственно равна половине разности радиусов наружной и внутренней поверхностей.
При расчете ТГГ следует учитывать потери на теплоотдачу газа, которые только до выходною сечения ТГГ могут достигать (Гб — 20)'4 бщ от исходного теплосодержаняя генерируемого газа. Наибольшие теплопотери возникают в начале работы ТГГ. Заряд для ТГГ рассчитывают следующим образом: 1) з ) адактся: давление в газогенераторе Р„; время работы тй, закон изменения газопроизводительности по времени тлр —— 1(т); температурный диапазон эксплуатации Т,„и Т„ял, коэффициент термостабильности заряда Ко коэффициент А и показатель степени т, характеризующие скорость горения при ! = + 15'С; 2) определяется по уравнению (15.66) скорость горения и,м заряда при заданном давлении и температуре +15'С; 3) определяются по уравнению (15.67) скорости горения и,„и и лп, соответствующие наибольшей и наименьшей температуре в заданном температуряом диапазояе эксплуатации; 4) определяется по уравнению (15.68) расчетная поверхность горения Я, по заданной газопроизводительности заряда т,р и минимальной скорости горения и;,; 5) рассчитывается по уравнению (15.73) свод заряда Ь по заданному времени работы ТГГ тх и максимальной скорости горения и,„.
Поверочный расчет ТГà — определение давления в камере при заданной площади критического сечения сопла Р„р, коэффициенте Р н поверхности горения заряда ߄— выполняется по уравнению (15.70). Расчет воспламенителя. Воспламеннтель предназначен для воспламенения и вывода на заданный режим горения заряда ТГГ, Обычно зажигание самого воспламенителя осуществляется пирозапалом от электрического импульса, подаваемого при включении ТГГ. Зажигание основного заряда ТГГ осуществляется нагревом продуктами сгорания воспламенителя поверхности заряда до темпеРатуры воспламенения и создания в камере ТГГ давления, необходимого для стабильного горения заряда. Воспламенитель должен удовлетворять следующим требованиям: 1) продукты сгорания воспламенителя должны быстро и равномерно нагреть поверхности горения заряда до температуры вспламенения и обеспечить быстрый подъем давления в камере ТГГ до заданной величины; 2) заброс давления при срабатывании воспламенителя н зажигании заряда должен быть минимальным; 3) надежно срабатывать при заданных условиях эксплуатации; 4) должен содержать ПС, активно инициирующие при попадании на поверхность горения заряда его воспламенение.
Масса воспламенителя А4„зависит от площади поверхности 1 Расчетного давления горения заряда, свободного объема каметы ТГГ, состава, используемого для воспламенителя и для основного заряда, теплопотерь в камере ТГГ в момент запуска, наличия мембраны, предотвращающей истечение газа из камеры до набора заданного давления, устойчивости горения заряда и т. д. На практике параметры воспламенителя выбирают на основании экспериментальных данных. 6!3 Для расчетов ТГГ с мембранной в первом приближении мож использовать уравнение )Ив = Рв~ ортйФв7в) (15 где р, — давление, необходимое для устойчивого горения заря 1',р — свободный объем в камере ТГГ; 1(„Т, — газовая постоян и температура продуктов сгорания воспламенителя; ~, — коэф циент тепловых потерь.
При ориентировочных расчетах можно принимать т), = 1,2— Масса воспламенителя М, = 0,5 — 2,55~1 от массы основного зар ТГГ. Расчет сопла ТГГ. Выбор сечений для прохода газа. Давленн камере ТГГ для заданной конструкции камеры и вида твердого лина определяется газопроизводительностью заряда и расходом через критическое сечение сопла. Связь между этими параметр определяется уравнением (15.70). С помощью этого уравнения мо по заданному давлению в камере сгорания и поверхности горе заряда определить площадь сопла: Р„я = АР,Я,/(~Р„' "). (15 При проектировании нужно стремиться к снижению гидра ческого сопротивления по газовому тракту н обеспечению его стоянства по времени. Наибольшая величина гидравлических со тивлений обычно приходится на диафрагму, поддерживающую ряд (см. рис. 15А).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
