Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 132

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 132)

Под газнфицируемым компонентом топлива будем понимать тот компонЕнт, который присутствует в ре- * Далее турбины, работающие на восстановительном газе, будем называть турбинами горючего, а турбины, работающне на окнслнтельном газе, — турбинами окислителя. акции горения в ЖГГ в избыточном против стехиометрического соотношения количестве; под присадочным — компонент топлива, присутствующий в недостаточном количестве. Под ЖГГ, турбиной, насосом окислителя (горючего) будем понимать агрегаты, через которые проходит компонент топлива (жидкий, газообразный) с окислительными (восстановительными) свойствами; под окислительным газом — окислительные продукты газогеиерации; под восстановительным газом — восстановительные продукты газо- генерации. пгрд с дожиганием ж ркг ггенератогнин окиажвеноеи Пспаритепвний гягг т„т -о сяаионпвнентной гя ГГ Гп тсо П Кгвукиоипвиентнои псгг пЪ-1о тс ФП азофоиация вовик аижжентог таоеога ттве а~мое Газифииаиия горюне го тя;-П Гозифииация онисиитеия тм О епмрзгеи- ое сиаоени угас <1 Частионая Полная аяпронация газофоиацо п<р,<з р -г Попная газофииац 1 Чостияноя Гомогенное озифоиацоя смешение Оср <г Онсвиотемператур Мизивтемперату ная ная газификация газификация Г повиаяиваюшини отподиаяогаютик насосами насосов рига р„-п.

Рис. 16.1. Классификация ЯРД с дожягаиием (16. 1) К потребляемым относят мощности, затрачиваемые на привод основных и бустерных насосов. Располагаемые мощности — это мощности, снимаемые с турбин. При выводе уравнений не учитываются гидравлические сопротивления агрегатов и коммуникаций. Это допущение справедливо, так как гидравлические сопротивления трубопроводов всегда могут быть введены в расчет и учтены формальным их'объединением с так называемыми конструктивными гидравлическими сопротивлениями (сопротивлениями в охлаждающем тракте, элементов смесеобразования и др.).

Уравнение энергетического баланса в наиболее общем виде отражает равенство потребляемых Мхи и располагаемых Жхг мощностей турбонасосной системы: Задача расчета систем — составление и анализ уравнения энергетического баланса в функции этих переменных и выбор на основании этого анализа оптимальных па нам гидравлических сопротивлений потребное давление на выходе из насосов р„ в функции давления в камере сгорания ра и перепада давления газа, срабатываемого на турбине (см.

З 16.3). 5. Определяют располагаемую мощность (см. З 16.4) в функции расхода и перепада давления газа на турбинах. 6. Рассчитывают мощность, потребляемую насосами, по заданным расходу и давлению на выходе из насосов. 7. Составляют и анализируют уравнение энергетического баланса. Анализ сводится к тому, чю при заданных величинах рю Т„Т„ коэффициентах полезного действия турбин и насосов и некоторых других исходных данных по уравнению энергетического баланса определяют значение перепада давления на турбине, обеспечивающее минимальноедавление р„, и р„„на выходе из насосов, или при заданных значениях ря и р„, определяют значение перепадов на турбинах, обеспечивающих максимальное давление в камере сгорания р„. 8.

Рассматривают условия изменения энергетического баланса при различных методах регулирования двигателя в случае необходимости оценки возможности и диапазона регулирования тяги. раметров ЖРД заданной схемы. Так как уравнение энергетического баланса может быть использовано не только для выбора исходных параметров, но и для анализа условий регулирования ЖРД, то основные соотношения обычно выражают в относительных величинах (к 1 кг массового расхода компонентов топлива через двигатель). Условимся называть такие величины удельными — удельный расход, удельная мощность и т. д. Например, удельный расход окислителя гп,„= пс,„/и, где гп,я и гп — соответственно массовые расходы окислителя и компонентов топлива.

За расчетную схему принимаем наиболее общий случай — ЖРД с: дожиганием, с частичной газификацией окислителяи горючего в от дельных ЖГГ. Из зависимостей, полученных для этой схемы, путем введения соответствующих граничных условий и упрощающих допущений можно получить расчетные уравнения для схем ЖРД с дожиганием других типов. Уравнения энергетического баланса составляют в такой последовательности: 1. Считают заданными из условий термостойкости используемых материалов предельно допустимые температуры газа перед турбинами Т, и Т„. 2. Определяют коэффициент массового соотношения компонентов в ЖГГ к,= 1(Те), к, = 1я(Тс), показатели политропы йе; й„и величины газовых постоянных 1<„Г<„в функции температур газа Т,, и Т„перед турбинами — по результатам термодинамического расчета горения заданной пары топливных компонентов. 3.

Определяют распределениерасходатоплива и газа в газогенераторы и камеру сгорания двигателя (см. $ 16.2). 4. Находят по заданным (предварительно рассчитанным) величи- (16.2) (16. 5) (16.6) (16. 7) (16.8) (16.9) (16.1О) тг.о= тг.о/т = 1окт/[кто(кт+ [И (16. 1 1) 888 й 1ВД. ВЫВОД УРАВНЕНИИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА В ГАЗОГЕНЕРАТОРЫ И КАМЕРУ СГОРАНИЯ Задача расчета — вывод зависимостей, определяющих распределение массового расхода компонентов топлива через газогенераторы турбины н КС в зависимости от заданных значений соотношения компонентов топлива, расходуемых газогенератором окислителя к „ горючего к г и ЖРД в целом к .

Из теории ЖРД расход окислителя т,„и горючего тг при заданном расходе т топлива ЖРД определяется уравнениями т,„= тк„/(к + 1); тг = т!(к„+ 1). Относя получаемые расходы компонентов топлива к расходу топлива ЖРД (определяя удельные расходы), получаем: тон = тон/т = ткд/(кщ+ 1) т = кмДк,„+ 1).; т,= тг/т = т/ [т(к + 1)) = 1/(к + 1). (163) Расход компонентов топлива в газогенераторы определяется из следующих соотношений: расход окислителя в ЖГГ окислителя то о= Р тк /(к + 1); то о= то. о/т = гноког/(к~ + 1) ~ расход окислителя в ЖГГ горючего т, г= к „~,т!(к + 1); т, о=то г/т = кгогфг/(к + 1); расход горючего в ЖГГ горючего т,,= р,т/(к + 1); тг,=п1,/т= ~„/(к + 1); расход горючего в ЖГГ окислителя тг.о=~~бо~т~[~л~о (кт + )! где р = т,,/т,„и р„= т„,/т, — коэффициенты газификации окисо лителя и горючего, определяющие относительное количество компонента топлива, расходуемого через ЖГГ.

Удельный расход жидкого (не газифицированного) окислителя через камеру тн.о= то.н п1о.о п1о.г. Удельный расход жидкого (не газифицированного) горючего через камеру т, „=- тг — т,,— т,, (16.13) Подставляя в уравнения (16.12) н (16.13) значения т„,; т;, т,;, тг,; т,,„; т„,, из (16.2) и (16.3), получаем зависимости для определения удельного расхода жидкого окислителя и горючего через камеру: 1 нт т ) (16.14/ .„+[ Рассмотрим частный случай полной газификации всего окислителя и горючего, расходуемых ЖРД.

'В этом случае тн о = т,, = О. Подставим это условие в (16.14), тогда к (1 — р ) = Р„к,„г; к,(1— — ~„) =р,к Решая эти уравнения относительно р, и рг, находим значения коэффициентов газификации, соответствующие рассматриваемому случаю'. [)о = кто (кого . Кго)![кт (кого ~тоИР Рг = (к„— к„,)/(к„г — к о). (16.15У В общем виде уравнения, определяющие расход газа через ЖГГ окислителя й', и горючего д„, имеют вид не+ ~ нто коан [нв + [) В схемах с дожиганием в качестве одного из методов регулирования ЖРД можно использовать перепуск газа части из газогенератора, минуя турбину, непосредственно в камеру, В этом случае расход газа через турбины окислителя хггн или горючего д„, определяется соотношениями где 1„=- дг г!йг~ 1 = йа.г!Ео — соответственно коэффициенты пере- пуска газа мимо турбин горючего и окислителя, Уравнения (16.14) и (16.18) позволяют рассчитать расходы топлива, поступающего в ЖГГ и камеру.

Частные расчетные формулы для любого конкретного варианта схемы, приведенной на рис. 16.1, могут быть получены введением соответствующих граничных условий. Располагаемая мощность турбины при прочих равных условиях пропорциональна количеству газа, проходящего через нее. Чем больше располагаемая мощность, тем выше максимальное давление в КС. Поэтому представляет интерес анализ возможностей различных схем с точки зрения обеспечения максимального расхода газа.

Наибольший расход газа обеспечивают схемы„основанные на полной газификации обоих компонентов топлива. Газификация всего топлива — теоретически идеальный случай. Однако в практике используются и схемы с газификацией одного из компонентов топлива. Для обоснования выбора газифицируемого компонента в этом варианте рассмотрим отношение д,/й„при р,= р„и отсутствии перепуска газа мимо турбины Е, =- 1„= 1. На основании (16.18) получаем Ио/йг = к,» (1 + кто)/(кто (1 + к». »)).

Характеристики

Список файлов книги