Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 131
Текст из файла (страница 131)
В обоих вариантах основой расчета является определение коэффициента сопротивлений отдельных элементов участка. Гидравлическая характеристика. При анализе условий регулирования ЖРД представляется целесообразным выполнить построение гидравлических характеристик топливного тракта. Гидравлическая характеристика представляет собой зависимость, характеризующую изменение потребного давления (давления источника) в зависимости от расхода топлива (тяги двигателя, давления в камере сгорания).
Топливный тракт состоит из соединяемых в различном порядке (последовательно и параллельно) трубопроводов, агрегатов пускорегулирующей системы, насоса (насосов) и камеры ЖРД (газогенератора) с трактом охлаждения и элементами смесеобразования. Рассмотрим методы составления гидравлической характеристики, начиная с простейших ее элементов. Трубопровод постоянного сечения. Пренебрегая разностью ско- 2 2 ростных напоров «2, — ез„, уравнение сохранения энергии применительно к рассматриваемому случаю может быть переписано в виде 2 л р„=р, А „р+'~ Аро 2=~ з=л з=л ГДЕ ~ЬР2 — ~~, '(Й+Л вЂ” '~ Е" .
2 за зьи 222 / 2 Это уравнение является гидравлической характеристикой простого трубопровода постоянного сечения. Последовательное соединение трубопроводов. Для этой схемы спраз ведливо (по участкам) (1, = Яз = Яз Я; ьр,р еарз + ейрз -)- ейрз. Д Каждый участок данной системы можно рассматривать как про- стой трубопровод. Общее сопротивление системы будет равно сумме гидравлических сопротивлений участков при одинаковых расходах через них. Параллельное соединение трубопроводов.
Для данного случая справедливо Ял = Щ + Яз + фз; ХЬр, = ХЬрз = Хбрз = р„ — р;. Но Ар = вЯ2, где й — постоянный коэффициент. Следовательно, ~й,(Я = 2'цЯ = ~й,4. Чолученные уравнения позволяют решать задачи, связанные с определением распределения расходов и расчетом гидравлических сопротивлений трубопроводов при их параллельном соединении. Для графического построения гидравлической характеристики системы, состоящей из параллельно соединенных трубопроводов„следует сло- жить значения абсцисс на характеристиках при одинаковых значе- ниях ординат. Разветвленные трубопроводы.
Разеепзвлениым трубопроводом называют систему, состоящую из нескольких труб, имеющих одно общее сечение — место разветвления нли соединения этих труб. В рассматриваемом случае, так же как и при параллельном соединении, ~ =(~2+(~2+02 652 Уравнение Бернулли для общего (например, начального) и конечного сечений любого трубопровода (например, первого) имеет вид рзз = рз+ азез + ~л',~ ~~рп Выражая гидравлические сопротивления через расход, получаем р„= р, + арг, + ЦЯ . Аналогично для остальных труб: р„= р, + арез+ йзГЕвз; р„= р, + арг, + )зфз. 2 В результате получаем систему из четырех уравнений с четырьмя неизвестными: Гео Я„(',~ и р„. Наиболее простой метод решения этого уравнения — графический.
Для каждого трубопровода строят зависимость р„= Г(~;), после чего складывают их характеристики по аналогии со сложением характеристик при параллельном соединении трубопроводов (складываются абсциссы при постоянных ординатах). Полученная кривая представляет собой гидравлическую характеристику разветвленного трубопровода, позволяющую определить значения давления источника по заданным значениям расходов (или наоборот). Изложенное справедливо и для обратного направления потока с тем отличием, что построение графика производится в обратном порядке (с заданных давлений р; р;, р,).
Расчет трубопроводов э общем случае. Рассмотренные выше случаи являются частными вариантами расчета трубопровода, в общем случае — сложного трубопровода. Под сложным трубопроводом понимается система трубопроводов, состоящих из одного илн нескольких разветвлений и включающая в себя как параллельное, так и последовательное соединение трубопроводов различного диаметра. Рассчитывают и строят гидравлические характеристики сложного трубопровода графа-аналитическим методом. При этом сложный трубопровод разбивается на ряд простых элементов, методы расчета которых рассмотрены выше.
Производится построение гидравлических характеристик этих элементов. Затем выполняется сложение полученных кривых по правилам параллельно соединенных участков или разветвленного трубопровода. Далее производится сложениеполученной кривой с кривыми, полученными для последовательно соединенных участков. Окончательная суммарная кривая является гидравлической характеристикой сложного трубопровода. Гидравлическая характеристика системы. Мы рассмотрели гидравлические характеристики элементов, входящих в произвольную пневматическую или гидравлическую систему двигательной установки. В некоторых случаях, в основном при разработке эскизного проекта, целесообразно составление пневмогидравлической характеристики на систему, включающую в себя значительное количество различных элементов (трубопроводов, агрегатов, переходных узлов и др.).
Обычно в качестве такой системы принимаются участки, заключенные между основными агрегатами двигателя. Например, между $1бя. РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ баками и ТНА, между ТНА и агрегатом регулирования, между ТНА н газогенератором и др. Построение такой характеристики осуществляют последовательным сложением гидравлических характеристик отдельных участков, анализ которых выполнен выше. Прн эксплуатации ЛА изменяются (отклоняются от расчетных значений) температура топлива н действующие перегрузки. Это приводит к изменению давления потребителя р при постоянном значении давления источника р„и объясняется влиянием перегрузок на гидро- статическое давление и косвенным влиянием изменения температуры за счет изменения плотности н вязкости. Из-за этого режимы работы отдельных агрегатов ЖРД могут отклоняться от расчетных.
Прн выполнении пневмогидравлического расчета ЖРД этн изменения должны быть учтены н их влияние проанализировано. Для этого выполняются два пневмогидравлических расчета: один — соответствующий условиям наибольшего, другой — условиям наименьшего влияния эксплуатационных факторов. По полученным величинам отклонений давления у потребителя оценивают изменение характеристик двигателя в результате изменевия условий эксплуатации ЛА. Если оказывается, что изменения давлений, имеющие место при различных условиях эксплуатации, недопустимы для заданного типа двигателя, то в конструкцию ЖРД вводятся регулирующие элементы, обеспечивающие снижение влияния эксплуатационных факторов.
ГЛАВА 16 ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕИ С ДОЖИГАНИЕМ ПРОДУКТОВ ГАЗОГЕНЕРАЦИИ ЖРД с дожиганием топлива по сравнению с ЖРД без дожигания характеризуются более глубокими взаимными связями между параметрами агрегатов и систем. Поагрегатный расчет с последующей стыковкой параметров агрегатов в схеме двигателя, применяемый при проектировании ЖРД без дожигания, требует для ЖРД с дожиганием большого числа последовательных приближений, что в значительной степени осложняет процесс проектирования двигателя.
Выбор и расчет параметров ЖРД с дожиганием топлива выполняются на основании уравнения энергетического баланса. Под уравнением энергетического баланса понимается уравнение, характеризующее равенство потребляемых и располагаемых мощностей в системе подачи. Это уравнение включает в себя все основные параметры двигателя (давление в камере сгорания, температуру и перепад давления газа на турбине, гидравлические сопротивления охлаждающих трактов и элементов смесеобразования) и отражает влияние различных способов регулирования на эти параметры. В случае расчета ЖРД с дожиганнем топлива при заданных давлении в КС, температуре газа на турбинах, КПД турбин и насосов и гидравлических сопротивлениях элементов двигателя подлежат определению давление, развиваемое насосами, и.
перепад давления на турбинах. Если рассматривается двигатель с регулируемой тягой, то дополнительно рассчитывают изменение давления в КС, в функции регулирующего параметра. Выполнение этих расчетов также основывается на уравнении энергетического баланса. На рис. 16.1 приведены некоторые варианты ЖРД с дожигаиием. Онн отличаются видом газа, используемого для привода турбины (окислнтельный нли восстановительный)* методом его генерации (нспарительный, одно- и двухкомпонентный ЖГГ), количеством газа, используемого для турбины. Для сокращения изложения примем в данной главе следующие условные термины и обозначения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
