Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Начальное воспламенение несамовоспламеияющихся топлив происходит в местах, где температура паров топлива близка к температуре их самовоспламенения, а состав — к стехиаметрическаму соотношению. Дальнейший подвод тепла для продолжения горения топлива осуществляется за счет подвода тепла путем обратных токов из зоны горения и частично за счет лучистых потоков. Определим максимальное давление в камере сгорания с заданными параметрами в зависимости от величины периода задержки воспламенения.
На установившемся режиме давление в камере сгорания (8.! 03) где т, — время пребывания ПС в камере сгорания. В камеру сгорания за период задержки воспламенения поступит топливо, равное 'га ~ уппуск (т) ст™куснув ' (8.104) 6 где т,ус„— среднее значение секундного расхода топлива на пусковом режиме за время с,, Предполагая мгновенное сгорание топлива, максимальное давление во время запуска Ркт = твптпуск)чк7 к(" к. Из (8.103) и (8.105) получим (8.105) (8.106) Рк шахlрк = таятпуек!,(спят)г 224 откуда видно, что относительное увеличение давления в камере сгорания прямо пропорционально периоду задержки воспламенения и величине пускового расхода топлива и обратно пропорционально времени пребывания топлива и его секундному расходу на установившемся режиме.
Так как для заданной камеры сгорания величины т, рк и т заданные и постоянные, то снизить давление во время пуска можно лишь за счет уменьшения та и и „. Например можно снизить те за счет подачи топлива с опережением окислителя (см. рис. 8.47), предварительного подогрева топлива (см. рнс. 5.83) или снижения пускового расхода топлива, применяя специальные пусковые устройства. Следует отметить, что допущение о мгновенном сгорании всего накопившегося топлива за врем;/ю' мя т, — предельный случай.
В 40 действительности процесс сго- рания этой порции топлива > г ° у идет за краткий, но определенный промежуток времени, и допустимое значение тв может быть несколько большим, поп этомУ значение Рп „, полУченное из (8.105), будет завышенным. Для топлив, у которых т = 0,02 —: 0,05 с, во избежание больших пусковых давлений Рнс.
8.80. Схема пРотеканиЯ элемен- Рк, РекоменДУетсЯ Уменьшить тарных процессов в КС: у — дробление топлива на каплн н первона- уя чалькое перемешнванне; у — подогрев н нспаранва капель; а — смешенне паров горючего и Йа рис. 8.50 приведена прн- оккслнтеля: Š— хпмнческая реапдкя; — — Мариан Картнна ПрпдОЛЖИТЕЛЬ- мектральяа» часть КС; — — — — нркстеяочная часть КС ности и места протекания в ка- мере сгорания отдельных элементарных процессов. За параметр, определяющий степень завершенности того или иного процесса, возьмем отношение части топлива, для которого элементарный процесс завершился, к секундному расходу топлива. Из рисунка видно, что все процессы практически протекают одновременно и время образования ПС из жидких компонентов топлива определяется в основном временем нагрева и испарения капель топлива и временем смешения. ф 8Д2.
РАСЧЕТ И ВЫБОР ОБЪЕМА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ма=пук.с1пт= 1 н.срк.с уптг (8.107) где пт„— масса газа в камере сгорания; и — массовый расход топлива; )ӄ— объем камеры; рк — средняя плотность газа в камере сгорания. Используя уравнение р„)г'„= т„К,Т„, преобразуем выражение (8.107) к виду' с* 'г'к сь пр и прг Рвгк Рнр Лк Тк (8. 108) ' Рассмлтрнвасм идеальную нэобарнчесную КС, т. е. Р„= Рпм В этом случае Б = Рхркурс~т = с =Рхуерярисг'т. 228 8 — ! 442 Для реализации процессов распыливания, испарения, смешения и собственно процесса сгорания топлива необходимо определенное время, зависящее от размеров камеры сгорания. Причем для заданного процесса смесеобразавания, термодинамических и газодинамических параметров ПС и рода топлива время пребывания должно обеспечить достаточно полное сгорание топлива, чтобы потери в удельном импульсе были минимальными.
Для этого необходимо выбрать определенный объем камеры сгорания. Под объемом камеры сгорания будем понимать ее объем вплоть до критического сечения сопла. Ввиду сложности рабочего процесса в камере вплоть до настоящего времени не создан теоретический метод расчета потребного объема камеры сгорания и для определения его пользуются полуэмпирическими зависимостями. В настоящее время для определения объема КС используют такие характерные параметры, как время пребывания т„приведенную длину камеры сгорания х.,р, объемную теплонапряженность камеры Яу и литровую тягу Рл . Время пребывания — время, необходимое для завершения элементарных процессов в камере сгорания и сжигания топлива с необходимой полнотой сгорания. Оценить время на завершение каждого элементарного процесса трудно, поэтому пользуются приближенной величиной, оценивающей время пребывания газообразных продуктов в камере сгорания, т.
е. гдь Еир = Ук)Р»р~ с» = Рмгкррс!!и~ (8.109) Из (8.109) видно, что время пребывания топлива в камере сгорания зависит от рода топлива, геометрических размеров камеры (Е»р или У,) и требуемого совершенства рабочею процесса в камере. Ниже приведены ориентировочные значения Емр: Топливо..... Керосин — кисло- Н,+Ое !ЧН»+ Р, Дииетилгииразии+ род ™ е + Н)ЧО» Е »р * 1,5 — 2 0,25 — 0,5 1 — 1.5 1,5 — 2 Для одного и того же топлива значение Е,р изменяется в широком диапазоне, так как экспериментальные значения Е,р были получены прн разных рк, различной организации процесса счесеобразоваиия и т.
п. Объемная теплоиапряжеииость О,=дЛ „= 8800'Н„р„'(У„, где 9 — количество теплоты, выделенное в камере сгорания за еди- ницу времени; Н»РкЧ'м ' 8800)(сетЕ»р) (8. 1! 1) На практике пользуются также выражением приведенной тепло- иапряжеиности Я' =()р1Р„. (8.112) или (8. 114) Из (8.114) видно, что литровая тяга не является характеристикой камеры сгорания, так как в ее выражение входит характеристика сопла (доля тяги, снимаемая с сопла). С помощью приведенных формул с учетом высказанных замечаний можно определить потребный объем КС.
Из (8.112) при Н„- )с„Т„видно, что приведенная теплоиапря- жениость обратно пропорциональна времени пребывания. По эмпи- 'рическим формулам можно легко определить объем камеры сгорания, зная экспериментальные значения т„Ям или 5)'„, Е р. Пользоваться этими значениями, полученными для конкретных топлив, при кон- кретных термодииамических и газодинамических параметрах в камере сгорания, определенной системе смесеобразования и форме камеры сгорания необходимо крайне осторожно.
Иногда объем камеры определяют по ее литровой тяге РЯ= Р„т,)У», к.и 1 лм ! 2ь лм.и (8. 118) й 8.18. РАСЧЕТ И ВЫБОР БЕЗРАЗМЕРНОИ ЛЛОЩАДИ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ Определив объем КС, необходимо рассчитать или выбрать ее форму и соотношения между ее осиовиымн геометрическими размерами. В настоящее время широко используются камеры сгорания цилиндрической формы ввиду их большой конструктивной и технологической простоты и возможности совместно с плоской головкой обеспечить равномерное распределение топлива в ее поперечном сечении как по концентрации, так н по расходонапряжеииости. Камеры сгорания сферической формы используются значительно реже из-за сложности изготовления и обеспечения равномерного распределения топлива по концентрации и расходоиапряженности. Однако они при прочих равных условиях лучше выдерживают давления.
Это дает возможность уменьшить толщину стенок КС и тем самым снизить ее массу. Для ЖРД с тягой (4 — 40) 10е Н и более в настоящее время используются КС цилиндрической формы. Серьезное влияние иа параметры КС оказывает соотношение между площадями камеры сгорания Рк и критического сечения Ркр. Отношение Р„!Р»в = г'к называют безРазмеРной плоЩадью камеры сгорания. Для ранее полученных уравнений определения тяги и удельного импульса предполагалось, что скорость движения газов в камере равна нулю, а полное давление газов по длине камеры неизменно.
Эти условия реализуются при Є— »со. Реальная КС имеет конечные геометрические размеры, и процесс в ней представляет собой течение сжимаемого газа в цилиндрической трубе с подогревом. При этих условиях возникает тепловое сопротивление, приводящее к потерям полного давления в камере сгорания и снижению ее тяги н удельного импульса. Определим влияние и'„иа характеристики камеры. Для этого предварительно определим потери полного давления в КС из-за теплового сопротивления. Разность статических давлений в начале р,, ~~ни~ Рк камеРы сгоРанни: Рк.» — Р, = Р»Ф'к(%'к — Фк.») где )У» „, Ф'м — скорости соответственно в начале и конце камеры сгорания. Разделив левУю и пРавУю части УРавиеииЯ импУльсов иа Рк, получим значение отношения статических давлений: 1» 2 — = 1+ " 11 — — "'" ~1.
(8.115) Рк рк!Рк Л !»м I Далее, использовав выражения Р„lр„=- В„Т„; Т„)Т„= (й + + 1)!2; Лк = Ф'к!Ф'ир' Тм)Т».» = 1 — (й — 1)Л~I(lг + 1)1 1 (А 1) Л~/!Л + 1) 227 .Ввиду того что коэффициент скорости движения газов в начале камеры сгорания Лик (скорость поступления компонентов топлива в камеру сгорания) не зависит от теплового сопротивления камеры, статическое давление в конце КС определяется значением начального давлениЯ в камеРе Рак и коэффициентом скоРости в конце камеРы Лк. Учитывая, что конечное сечение камеры сгорания является начальным сечением сопла и процесс в сопле изоэнтропический, можно коэффициент скорости Лк связать е безразмерной площадью камеры 7к = Рк/Ркр таким же образом, как безразмерная площадь сопла связана с коэффициентом скорости: ' Г "('+') 1"' " (8.117) Р„~ Г В1 Из (8.116) и (8.117) можно найти связь между безразмерной площадью камеры Рк и отношением статических давлений р„/рак, используя в качестве независимого переменного коэффициент скорости Л„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
