Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 94
Текст из файла (страница 94)
Предельная величина степени теплоподвода к сверхзвуковому потоку, при которой поток тормозится до скорости звука в выходном сечении камеры, также зависит от типа камеры: она достигает наибольшей величины в изобарической камере и минимальна в сужающейся (рис. 15.20). Для расширения диапазона работы реального ГПВРД по а и, в особенности, при умеренных гиперзвуковых скоростях полета, целесообразно использовать камеру переменного сечения; на начальном участке Р = сопз( до достижения )!т = 1,0, а затем камера должна быть расширяющейся и удовлетворять условию М = 1,0 = (пуаг (х) для минимизации потерь полного давления при теплоподводе.
В камерах теплоподвод по зонам должен изменяться с изменением а. ПВРД всех рассмотренных схем, несмотря на отмеченные различия в закономерностях теплоподвода, обладают следующим общим свойством: в заданных полетных условиях (Мп и Н) эффективные работа и КПД цикла, а следовательно, и удельные парамет- галя изобарической камеры сг — — св (1+ От), а для сужающейся камеры сверхзвуковая скорость с увеличением степени теплоподвода будет уменьшаться в большей степени, чем в камере с г".= сопз(.
468 Рис. 15.20, Зависимость предельной степени, и/а теплоподвода р = (1+ Ч,,) у'О, от приведенной скорости потока )с на входе в камеры сгорания ГПВРД трех геометрических форм: Р = сопИ. р = сопа1 а а сужающейся (/ = рп =Р/Р <1).1 — /=1О;2 — р=сооа1;2— г в Ч10 пр»д 00 д= )РЛР ОТНОСИ" г вх Р в тельная величава снижения импульса потока в /тд камере с/г ж1,0 (в долях входного импульса 2 ) б'+, ~' ~ 1 + — (1 — б') + — Мт 2 и ,/ Уд 0 +'/~"+ ""г+ 2 М' + И '— ьг г а 1+ мй (1 — 6 ) (! — ч,) й — 1 1 -1- — Мт (1 — 51) (15.15) 2 удчт ср = 21ра— )тп (15.17) ры двигателей будут достигать максимального значения при определенной степени торможения потока б = с,/(У„(отношении скорости на выходе из воздухозаборника с, к скорости полета), зависящей от совершенства процессов сжатия и расширения (т)„т)р) и закономерностей теплоподвода (формы камеры сгорания).
Для наиболее простого случая нзобарнческого тсплоподвода в ГПВРД приближенный метод расчета основных данных (при использовании условий одномерности, инвариантности тепло- емкости воздуха и газа при изменении скорости и температуры и в пренебрежении трением рабочего тела в камере) может быть предельно упрощен и доведен до формул, выражающих удельный импульс и коэффициент тяги в зависимости от основных управляющих параметров рабочего процесса ГПВРД.
При изобарическом теплоподводе, как уже указывалось, совместное ре1пение уравнений расхода и импульсов позволяет определить скорость в конце камеры сгорания по известной скорости на входе в камеру и относительному расходу топлива. Выражая параметры конца процесса тепловыделения через параметры воздуха на входе, используя эту связь и уравнение энергии, получаем уравнения для определения удельных параметров ГПВРД: или в предположении, что я„= 1е = сопя(, г„,= » ~узз от»з(«,-» 'м!и — з»т«('*«»»" «- 1+ — М„(1 — Ь ) Видно, что удельные параметры ГПВРД существенно зависят не только от режима (М, Н), типа и относительного расхода топлива (Н„и !)т), но и от степени тоРможениЯ воздУшного потока в воздухозаборнике 6 и совершенства процессов сжатия и расширения, т.
е. Ч, и т)р. При постоянном уровне потерь на элементарных участках процессов сжатия и расширения КПД процессов сжатия и расширения не зависят от геометрических размеров воздухозаборннка и сопла и от степени торможения потока 6 и каждому заданному значению т), и Чр будет отвечать оптимальное значение 6, обеспечивающее максимальный уровень )„д и с„. Физический смысл существования оптимума по 6 прост.
При заданных и неизменных значениях т)е и т)р уменьшение степени торможения потока в воздухозаборнике (увеличение 6) приводит к уменьшению абсолютного уровня входных потерь полного давления в воздухозаборнике и в реактивном сопле (в результате уменьшения перепадов давлений) при одновременном увеличении потерь в камере из-за теплоподвода к воздушному потоку большей скорости. При каком-то значении 6, определяемом режимом полета, совершенством основных элементов и т. д., суммарные потери по проточной части (в воздухозаборнике, камере сгорания и сопле) достигают минимального значения, при котором )„я -ь -ь,)„л „, а с -ь сн „. Это отчетливо видно из кривых (рис, 15.21), где приведены зависимости удельного импульса и коэффициента тяги ГПВРД при числе М„= 10 и Н ) 11 км от отношения 6. При 6-ь 1,0 все кривые должны сходиться в точке,lгя ье = с = О, т.
е. при изобарическом теплоподводе без торможения потока в воздухозаборнике ГПВРД не может создать внутренней тяги, так как в этом случае перепад давлений отсутствует и при всех режимах полета и любой степени совершенства элементов выходной импульс не может отличаться от входного. При отсутствии потерь в воздухозаборнике и сопле (т), = 1,0 и т) = 1,0) наивыгоднейший режим реализуется при максимальном торможении потока на входе в камеру, т. е. при 6-ь О, так как в этом случае будут отсутствовать и потери при теплоподводе к потоку.
В этом случае при св — 0 уравнения (15.16) и (15.17) обращаются в приближенные уравнения для определения параметров ПВРД с дозвуковой скоростью в камере сгорания. С уменьшением Ч, оптимальная степень торможения воздушного потока 470 Рнс. 15.21. Зависимость удельных па- Гй,яггв/КЗ раметров ГПВРД с яамерой р = сопц от степени торможення воздушного потока в воздухозаборннке 6 = св11'и (Мп — — 10, Н = !! км, сз = 1.0. Топлнво — водород). т)в — КПД процесса ду расшнрення„ие — КПД процесса сжатая на входе уменьшается (6 растет), что объясняется возрастанием относительной доли потерь в воздухозаборнике в суммарных потерях по проточной части ПВРД и поэтому для уменьшения абсолютных у~ потерь необходимо уменьшать степени торможения потока.
Аналогичную роль играют и потери при расширении по- гд тока в сопле: увеличение Чр, приводящее к уменьшению ее относительной доли в суммар- л ных потерях по проточной части, обусловливает сдвиг оптимума в сторону большей степени торможения потока (меньших 6) и, наоборот, уменьшение Чр приводит к увеличению оптимальных значений 6. Оптимальные значения 7„ и ср ГПВРД с изобарической камерой, определенные по общему правилу, имеют вид з„,.= «,' « — , '(1Г, «»' (А. — «)--1~ (1»дз> где А, =.
(1 + дт) (1 + ' . " «г д,) + е)т — М'„пРи сх ) 1, 0 и А =(1+с),)(1 -1- т . "~~е),) +е) — Мп при а(1, О. В ГПВРД с камерами сгорания других геометрических форм также могут быть найдены оптимальные значения степени торможения потока, обеспечивающие Уул,„и 'сн . Оценка б,р, по уравнению (15.18) для изобарической камеры может явиться 471 основанием для выбора примерной величины потребной степени торможения воздушного потока при определении оптимальных по термодинамическим параметрам характеристик двигателя. Основные принципы термогазодинамического расчета и параметры основных элементов ГПВРД Особенности работы ВРД в условиях больших скоростей рабочего тела по проточной части и высоких температур и давлений торможения определяют необходимость использования для расчета основных данных и параметров ГПВРД приведенных выше методов, основанных на применении основных уравнений' сохранения и уравнений химического равновесия.
Более того, в ряде случаев оказывается необходимым, учитывая конечность времени пребывания рабочего тела в пределах проточной части, использовать уравнения химической кинетики, позволяющие оценить потери, обусловленные7"неравновесностью протекания процессов. При детальном анализе работы двигателя в системе аппарата может оказаться необходимым использование методов расчета, учитывающих особенности пространственного течения (двумерного или трехмерного), а при анализе параметров ГПВРД в условиях больших гиперзвуковых скоростей полета необходимо учитывать потери, обусловленные трением рабочего тела о стенки камеры сгорания двигателя.
В отличие от ПВРД с дозвуковой скоростью в камере сгорания, в которых статические параметры и параметры заторможенного потока воздуха различаются незначительно, в гиперзвуковых ПВРД это различие существенно, и поэтому для анализа рабочего процесса ГПВРД необходимо использовать статические (термо динамические) значения основных параметров рабочего тела и термодинамических функций. Выбору геометрических параметров ГПВРД .целесообразно предпослать рассмотрение влияния основных параметров рабочего процесса, режима полета и степени совершенства основных элементов двигателя на потребные параметры этих элементов.
При приближенной оценке относительных геометрических параметров проточной части ГПВРД могут быть использованы одномерные уравнения и условия постоянства средних значений показателя адиабаты (с и теплоемкости рабочего тела ср на отдельных участках проточной части двигателя. В х о д н о е у с т р о й ст во (в о з ду х о з а б о р н и к). В отличие от воздухозаборников ПВРД с дозвуковой скоростью на входе в камеру сгорания в воздухозаборнике ПВРД воздушный поток тормозится до заданной сверхзвуковой скорости, и поэтому относительная площадь выходного сечения воздухозаборника при заданной скорости полета будет зависеть не от одного параметра, характеризующего эффективность процесса сжатия, а от двух — эффективности процесса сжатия и степени торможения 472 потока 6 = с,/$'„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
