Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 135
Текст из файла (страница 135)
Параметры двигателя по его совмещенной характеристике выбирают следующим образом. При заданном давлении в КС рю предварительно задаваясь достаточно большим - ачением 6, находят )««хп. Полученное значение /««гп должно соответствовать й(хр при той же величине 6, для чего по графикам /р', р — — /(Т,) и /«/, р — — /(Т„) подбирают Т, и Т„таким образом, чтобы при этих температурах соблюдалось /«/рр — — А/р„. Все построения производят для первоначально принятого значения 6. Если полученные значения температур не удовлетворяют конструктивным или эксплуатационным требованиям, то проводят расчет второго приближения, задаваясь новым значением 6.
После получения величин 6„. Т,; Т„удовлетворяющих заданным требованиям, по зависимостям, приведенным в $ 16.3, определяют давление на насосах, соответствующее заданному р, и подобранным значениям 6. Для выполнения обратной операции — определения параметров двигателя (р„; /Р„; 6) по заданным температурам газа на турбинах — не требуется специальных пояснений.
В целях подтверждения выводов, полученных при анализе схемы с газификацией компонента топлива в тракте охлаждения камеры, рассмотрим уравнение (16.48) применительно к полной газификации обоих компонентов топлива при допущении, что а = Р„= Р = о = = т = О. Уравнение энергетического баланса для рассматриваемой схемы ПРн кто=кто=кт«го=ар=о~ )Ро=й~=«41 Т Тг=71 Во = Вг = В; 1„= 1, = 1 имеет вид А — 1 З(кт+1) ~ Ро Рг/ Решая это уравнение относительно р„, получаем р„,= о) 11ТТ "( т) (! — 6 ' ) . (!6.50) (/г — 1) (кт/Ро + 1/Рг) Сопоставляя (16.50) и (16.46), легко убедиться, что они отличаются лишь на величину расхода газа через турбину (это отличие обусловлено газификацией компонента топлива). Все выводы, сделанные для (16.46), справедливы и для уравнения (!6.50).
Следует отметить, что рассматриваемая схема представляет собой как бы предельный вариант ЖРД с дожиганнем. В двигателях такой схемы могут быть получены наибольшие давления в камере сгорания. Следующей задачей расчета ЖРД с дожиганием является анализ и обоснование методов регулирования этих схем. й !6.7.
РеГулиРОВАние тяГи В жидкостных РАкетных ДВИГАТЕЛЯХ С ДОЖИГАНИЕА« Принцип регулирования тяги (давления в камере сгорания) в ЖРД с дожиганием основан на изменении энергетического баланса 670 системы насосы — турбины и переходе двигателя на новую энергетически равновесную точку работы. Исходя из уравнения энергетического баланса изменениережима, приводящее к изменению давления в камере сгорания, может быть осуществлено изменением как потребной, так и располагаемой мощностей. Теоретически любой параметр, входящий в уравнение энергетического баланса, может быть использован как параметр регулирования. Методы регулирования. ЖРД с дожиганнем можно регулировать изменением расхода н температуры газа на турбине и гидравлических характеристик (дросселирование).
Метод регулирования изменением расх о д а. Этот метод включает в себя наибольшее количество параметров регулирования. Сюда относится регулирование: а) перепуском топлива на всасывающую линию насоса; б) изменением коэффициентов газификации ро и 8, !что в соответствии с уравнением (16.30) приводит к изменению располагаемой мощности); в) перепуском газа мимо турбины !изменением коэффициентов перепуска газа 1„и $„что в соответствии с уравнениями (16.30) приводит к изменению располагаемой мощности). При регулировании изменением расхода температура газа на,входе в турбину остается постоянной. Реализация большинства методов регулирования путем изменения расхода обусловливает необходимость введения в конструкцию ЖРД дополнительных трубопроводов, предназначенных для перепуска жидкого топлива или газа.
Метод регулирования изменением темп е р а т у р ы г а з а п е р е д т у р б и н о й. Из (16.46) следует, что давление в КС в первом приближении пропорционально температуре газа на турбине. На этом основан высокоэффективный способ регулирования ЖРД с дожиганием. Изменение температуры зависит от коэффициентов соотио«пения компонентов топлива в ЖГГ (к, и к„), которое в свою очередь зависит от количества присадочного компонента топлива т, „н л«„,. Следует отметить, что изменение к, и ктг одновременно приводит в соответствии с (16.18) к некоторому изменению расхода через турбины, а следовательно, к изменению располагаемой мощности.
Однако влияние этого изменения пренебрежимо мало по сравнению с влиянием изменения температуры. Метод регулирования изменением гидравлических характеристик. Регулирование изменением гидравлических характеристик основано на дросселировании жидких илн газообразных компонентов топлива в трактах ЖРД. При дросселировании жидкого топлива можно изменять коэффициенты а; «г; си и. В этом случае в соответствии с уравнениями (!6.21)— (16.27) изменяется давление в КС.
При дросселировании газа изменяется величина рт что в соответствии с (16.48) приводит к изменению располагаемой мощности турбины. Следует указать на еще один метод регулирования, основанный на изменении перепада давления 6 на турбине. Практическое осуществле- 671 пие этого метода затруднительно из-за осложнений конструктивногф характера, возникающих при его реализации. Выбор метода регулирования определяется схемой ЖРД. Напри мер, для схемы с газификацией компонента топлива в тракте охлажд« ния камеры в соответствии с (16.46) возможно регулирование перепус ком, дросселированием по (»„; ц и а и изменением количества тазг поступающего на турбину.
В то же время для схемы с генерациеи окислительного и восстановительного газа возможны все перечисленные выше методы регулирования. В ряде случаев задание диапазоне регулирования предопределяет выбор схемы ЖРД. После выбора метода регулирования приступают к построению регулировочных характеристик заданного типа двигателя.
Регулировочиые характеристики. Под регулировочной характеристикой ЖРД с дожигаиием понимается графическая зависимость, характеризующая изменение давления в КС в функции регулирующего параметра. Регулировочные характеристики строят на совмещенной характеристике ЖРД. Рассмотрим методы построения регулировочной характеристики по совмещенной характеристике и заданному диапазону изменения давления в КС. Построение осуществляется в следующем порядке. Оценка изменения КПД насосов и турбин. За расчетный примем режим, соответствующий максимальному дав.
лению в камере сгорания р„р. Обозначим параметры, соответствующие расчетному режиму, индексом «р», текущему режиму — индексом «т» к минимальному режиму — индексом «м». При изменении режима работы двигателя от р„р до р„„КПД турбин и насосов также меняется. Первым этапом расчета является задание относительных характеристик изменения суммарного КПД.
»/„/»/»р в зависимости от относительного изменения давления в КС: Чх,/'Чх = /(/',,//»и.»). Определение изменения потребляемой м о щ н о с т и. По уравнениям (16.34), (16.37) строят графики изменения Л/, »; Л/, »; Л/, р', Л/„„; Л/»„в функции р„„для нескольких значений регулирующего параметра. При расчете принимают»1», в соответствии с зависимостью»/», = »)»р/(р„,/в, р), полученной ранее. При расчете потребляемой мощности вместо величины «/„,, введена величина суммарного КПД г/» = »/„г/„вследствие чего величина потребляемой мощности оказывается несколько завышенной. Однако это увеличение автоматически учитывается при расчете располагаемых мощностей (за счет принятия КПД турбины равным единице), поэтому не сказывается на энергетическом балансе двигателя. Определение изменения располагаемых м о щ н о с т е й.
По уравнениям (16.30) строят графическую зависимоть изменения Л/,.р, Л/„р, 'Л/»р в функции регулирующего параметра. При этом принимают»/, = 1, так как изменение КПД турбины было учтено при расчете потребляемых мощностей. Определение равновесных точек. Соединя* 672 гочки Л/»р — — Л/» при равных значениях регулирующего парамет. а, получаем кривую, характеризующую изменение р,, при регулировании. Так как регулирующий параметр, как правило, избирательно воздействует на Л/»» или Л/», то обычно или располагаемая, или потребляемая мощность практически не зависит от регулирующего параметра.
Это существенно упрощает построение регулировочной характеристики и определение точек энергетического равновесия. Например, при регулировании изменением потребляемой мощности (изменение а; (»,«; »«и е) располагаемая мощность вообще не меняется. Построение зависимости давления в каМере сгорания от изменения регулирующег о п а р а м е т р а . Соответствующую графическую зависимость получают построением кривой, определяющей изменение давления в КС по изменению регулирующего параметра. »2 — 14«2 ГЛАВА 17 РАСЧЕТ Н ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕИ й 17.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ В этой главе изложены подход к расчету и выбору оптимальных параметров ЯРД (оптимальных давлений в КС и на срезе сопла камеры и др.), выбор системы подачи топлива, а также общий подход к расчету и выбору параметров )КРД.
Выбор оптимальных параметров ЖРД возможен лишь при учете совместной работы ЖРД с ракетой и условий ее эксплуатации. Причем под оптимальными будем понимать параметры, обеспечивающие потребную конечную скорость полета ракеты (ракетного аппарата) при минимальной начальной ее массе. Для понимания расчета н выбора оптимальных параметров ЖРД рассмотрим их влияние на основные характеристики ракеты.
Важнейшая характеристика ракеты — конечная скорость полета, которая, в частности, для баллистических ракет определяет дальность полета. Без учета сил земного тяготения и аэродинамического сопротивления конечную скорость полета ракеты, которую в этих условиях называют конечной идеальной скоростью, определяют по уравнению К. Э. Циолковского: 1 и.и = /у.ср 1п !ьи ~ (17. 1) где / р — — ! Т «т/т — средний удельный импульс на активном у.ср — 1 у о участке траектории полета ракеты; и„= М,/̄— коэффициент, характеризующий отношение масс ракеты в момент старта и в момент окончания работы двигателя; т — время работы двигателя. С учетом сил земного тяготения и аэродинамических сил конечная скорость полета ракеты Уи = Уи.н й) с.т й1 а.с ' (17.2) где ЛУ, „аУа с — соответственно потери скорости ракеты за счет сил земного тяготения и аэродинамического сопротивлния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
