Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Целесообразно при гомогенных продуктах сгорания измерять статическое давление рк у головки КС, а при гетерогенных продуктах сгорания измерять давление торможения в начале сопла, т. е. Рак. В современных камерах ~р„= 0,95 —: 0,99. В случае низких значений ук необходимо найти пути улучшения процесса смесеобразования или, если это окажется недостаточным, увеличить объем КС для завершения процессов перемешивания и сгорания компонентов топлива. Следует отметить, что последний способ повышения нежелателен, так как ведет к повышению массы камеры, увеличению се габаритов и др. Этот способ возможно применить, если исчерпаны все возможности повышения за счет улучшения процесса смесеобразования. Оценка степени совершенства рабочего процесса в сопле камеры ЖРД. Для оценки степени совершенства рабочего процесса в сопле используют понятие о коэффициенте тяги к .
Ранее было показано„ что коэффициент тяги к, характеризует долю тяги камеры, создаваемой соплом, и не зависит от протекания рабочего процесса. Степень совершенства рабочего процесса в сопле оценивается с помощью коэффициента сопла как отношение экспериментального значения коэффициента тяги при р„= 0 к теоретическому его значению, вычисленному при тех же значениях соотношения компонентов, давления в камере сгорания н геометрической степени расширения сопла, т. е. Чс (кт)ойкт) ( ) / ~ Р а ) ° (3.87) По определению В (к,), = (Р, + Р Р,)~(Р,..вР,„9.),.
(3.88) В случае когда в сопло камеры при данном давлении входит система скачков уплотнения, Р, определяют на стендах с газодинамической тРУбой. ДлЯ изобаРических КС Р,,„рж Рн„т. е. статическомУ давлению в камере, а для камер больших тяг — )с,ж 1, тогда прибли- женно (3.89у Коэффициент сопла ~ус оценивает все потери в сопле (потери на трение, непараллельность истечения, различного рода газодинамические потери и др.). Используя зависимости (3.10), (3.85) — (3.87) и (3.89), формулы для расчета тяги и удельного импульса примутвид = ЧснтРо.нрРнр РаРа 1 уг = ~рнпа (Ч~скт РнР(аРо.нр)~ или с учетом вышеуказанных замечаний, связанных с изобарической. КС, %сктРнРнр РнРа 7,= р„8,(цр,к,— Р,7.(Р„).
ГЛАВА 4 ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ К 4Л. ОБЩИЕ СВЕДЕИИЯ Характеристиками ЖРД называют зависимости тяги и удельного импульса от тех или иных параметров, меняющихся в процессе его работы. На тягу и удельный импульс ЖРД оказывает влияние изменение расхода топлива, давления окружающей среды, массового соотношения компонентов топлива и при определенных условиях скорость движения ракетного аппарата. Сделаем вначале ряд замечаний по влиянию на тягу и удельный импульс двух последних факторов. Соотношение к компонентов топлива во время работы ЖРД поддерживается постоянным н оптимальным для получения оптимальных параметров ракеты, например максимальной дальности при заданной номинальной массе ракеты.
Поэтому нецелесообразно исследовать влияние к на характеристики ЖРД. Если же в процессе работы 7КРД соотношение компонентов топлива изменится, то влияние й на характеристики ЯРД легко учесть, зная зависимости удельного импульса от соотношения компонентов топлива.
Скорость полета ракеты не оказывает в большинстве случаев влияния на характеристики )КРД. При движении ракеты в пустоте тяга и удельный импульс, согласно (3.15) и (3,24), полностью определяются параметрами рабочего процесса камеры, при этом они не зависят от скоРости полета Ракеты. ПРи движении Ракеты пРи Рн 4=0 за ее кормовой частью (рис. 4.1) образуется область с давлением Р„, называемым донным, которое меньше давления окружающей среды. Если рабочий процесс в камере автономен от давления окружающей среды, то тяга и удельный импульс не зависят от скорости полета ракеты и нх величины рассчитываются по уравнениям (3.10), (3.23).
В практике можно встретить случай, когда при давлении окружающей среды р„в сопла входит скачок уплотнения, тогда тягу и удельный импульс следует рассчитывать по (3 80) — (3.83). Отдавления среды, куда вытекает газовый поток из сопла, зависят местоположение скачка уплот- РнйсРв пения и давление за ним, которое влияет на тягу и ) с удельный умпульс. Донное давление р„= р,', зависит от скорости движения ракеты. Следовательно, тяга и удельный Рвс. 4Л. К пояснению донного давления Р„ 89 импульс также зависят от ее скорости, так как местоположение скачка уплотнения и давление за ним зависят не от отношения р„/р, а отношения р„/р„.
Случай, когда тяга и удельный импульс зависят от скоростй движения ракеты, встречается очень редко и только на незначительной части траектории движения ракеты, поэтому его подробно рассматривать не будем. Наибольшее влияние на тягу и удельный импульс оказывают изменение расхода топлива в камере ЖРД и давление окружающей среды. В настоящее время нрактический интерес представляют две характеристики ЖРД: 1) дроссельная, показывающая изменение тяги и удельного импульса ЖРД в зависимости от расхода топлива (давления в камере сгорания) при постоянном соотно- Р шенин компонентов топлива и давлении окружающей среды; 2) высотная характеристика, показывающая изменение тяги н удельного импульса в завнсимосКф ти от давления окружающей среды при постоянном расходе и соотно- 1 шенин компонентов топлива. г В полете ЖРД в большинстве случаев работает при переменных расходах топлива и давлениях окРнс.
4лк Зависимость изменения тяги )КРД по нременн ружающей среды. Характер изменения тяги, например, ЖРД, установленного на ракете дальнего действия и работающего на несамовоспламеняющихся компонентах, показан на рнс. 4.2. На предварительной ступени У, где время работы незначительно (порядка 1 — 2 с), ЖРД имеет малый расход топлива для обеспечения плавного выхода на номинальный режим. Далее расход топлива в камеру возрастает до номинального — ЖРД выходит на главную ступень П, продолжительность работы которой составляет основное время работы ЖРД.
На главной ступени расход топлива поддерживается постоянным, но тяга ЖРД возрастает по траектории движения ракеты из-за уменьшения давления окружающей среды, Перед отключением ЖРД снова уменьшается расход топлива в камеру — ЖРД переходит с режима главной ступени П на режим конечной ступени П1, тяга которой составляет около 30% от тяги на главной ступени: На этом режиме ракета достигает расчетных параметров, например расчетной скорости„ после чего подается команда на отключение ЖРД. Система автоматического управления полетом прекращает свою работу. Ступень 11т характеризует изменение тяги после подачи команды на закрытие топливных клапанов за счет инерционности срабатывания отсечных клапанов, сгорания топлива, заполняющего гидравлические магистрали после отсечных клапанов, и т.
п. Следует различать характеристики камеры и ЖРД. Если все топливо поступает в камеру (ЖРД с вытеснительной системой подачи топлива, ЖРД с дожиганием), то ее характеристики являются одновременно и характеристиками ЖРД. Для ЖРД с насосной подачей топлива без дожигания характеристики камеры отличаются от характеристик ЖРД, так как часть топлива используется в виде продуктов газогенерации для привода турбины с дальнейшим выбросом их в окружающую среду, ф 4.2.
ДРОССЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА т=Р, „рР„р/бн или т=ЄЄр/Р. (4. 1) Так как для конкретного двигателя г"нр -— — сопз1, р = сопз1, а = сопз1, то Р„р/а„= сопз1 и Гнр/р = с = сопз1. Из (4.1) следует, что расход топлива прямо пропорционален давлению в камере сгорания. На рис.
4.3 показана зависимость давления ЕВ дб йг о Вг бе б,б В,В'у„,„ Рнс. 4.3. Зависимость рк/рк.ном = = 1 (т/ином) Рнс. 4.4. Зависимость тяги н удельного импульса от даалення н КС 9) Дроссельные характеристики будем изучать в предположении о неизменности качества процесса в камере и при учете отношения рн/р„, когда расход газа через камеру не зависит от давления окружающей среды, т. е. в критическом сечении всегда существует скорость звука. Рассмотрим протекание дроссельной характеристики двигателя, работающего в пустоте (рн = О) и при наличии давления окружающей среды р . Прн работе двигателя в пустоте тяга и удельный импульс определяются уравнениями (3.13) и (3.24): 'аг та Рн ма Рвнут = тнаги + РаРа 1 1у.н ~у.ануе = ща + раРа/ит Обычно на практике строят зависимость тяги и удельного импульса не от расхода топлива в КС, а от давления в ней.
Это объясняется тем, что для конкретного двигателя расход топлива линейно зависит от давления в камере сгорания, учитывая ранее внесенные допущения гр„= сопз1 и <р, = сопз1. Используя понятие о расходном комплексе, получим (4. 2) в~э~ = ~~Р~ где с, =- ас, + Р,1е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
