Штехер М. С. - Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1043408), страница 32

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

Текст из файла (страница 32)

u = u₀рⁿ (4.3)

Здесь u₀ — скорость горения, известная для какого-то начального давления р= 1 кгс/см² и t=20° С *;

р — давление в камере сгорания;

п — показатель степени, определяемый экспериментально, n<1.

Во второй части графика скорость горения подчиняется зависимости

u = u₀+bp = u₀+tg*p, (4.4)

где b = tg также определяется экспериментально в зависимости от состава топлива. Уравнение 4.4 может быть справедливо в пределах давления в камере от 80 до 180 кгс/см².

В третьей части графика, которая условно относится к давлениям выше 200 кгс/см², зависимость скорости горения подчиняется уравнению

u = u_Qp^m,

здесь m — значительно больше единицы.

Третья часть графика относится к артиллерийским порохам и топливам с очень большой скоростью горения.

В ракетной технике используются топлива, скорость горения которых подсчитывается по уравнениям 4.3 или 4.4 [16, 61).

1. Топливо JP — и = и₀р^п = 0,0834 р^0,71.

2. Топливо JPN-u = и₀р^п = 0,0879 p^0,69.

3. Топливо JPN-u=u₀+bp = 0,51+0,0043.

* В ряде литературных источников и₀ рассматривается как коэффициент, имеющий размерность скорости.

169

после логарифмирования получим

Для заданного образца какого-то топлива экспериментально определяются два значения скорости горения и₁ и u₂ соответственно для двух значений давления p₁ и р₂. Тогда показатель п легко может быть найден расчетом. Для расчета наиболее простым и удобным является уравнение вида и = и₀р^п. Это уравне-ние параболы для двух опытных значений скорости может быть записано в форме

В тех случаях, когда экспериментальных данных много, но имеет место заметный разброс точек, рекомендуется подсчет значе-ний п делать по методу наименьших квадратов, используя формулу

С увеличением давления, как мы уже видели (см. рис. 4.2), скорость сгорания растет. С уменьшением давления ниже определенной величины горение может прерваться или стать неполным. Такое давление, при котором горение прерывается или не возникает вообще, называют критическим давлением p_кр [2, 7]. Величина критического давления зависит от состава топлива, это хорошо подтверждается данными табл. 4.4.

Таблица 4.4

Отсюда следует, что для ТРТ с увеличением энергетики топлива его критическое давление уменьшается.

170

Форма и бронирование заряда

В
лияние формы заряда и размеров поверхностей горения на характер выгорания топлива, величину давления в камере и на характер кривой тяги двигателя по времени его работы очень велико. С изменением формы заряда меняется газовыделение в единицу времени, а это приводит к изменению давления в камере. Изменение давления в камере, в свою очередь, приводит к изменению тяги двигателя. Меняя форму заряда или размеры поверхности горения, можно в широких пределах менять давление р_к и тягу двигателя по времени горения заряда. Если при горении заряда поверхность горения последовательно уменьшается, т. е. имеет место условие s/ s₀<1, где s - текущая поверхность горения, a s₀ - начальная поверхность горения, то такую поверхность горения называют «дегрессивной». Если при горении заряда поверхность горения увеличивается, т. е. имеет место условие s/s₀>1, то такая поверхность называется «прогрессивной». При условии s/s₀=1 поверхность называется «нейтральной». Покрытие поверхности заряда слоем негорючего или медленно горящего материала называется бронированием заряда. Бронировка может наноситься на внутреннюю, внешнюю, или торцовую поверхности заряда. Во всех случаях поверхность заряда, покрытая бронировкой, не участвует в процессе горения и не дает газовыделения.

Влияние формы заряда и его бронировки на характер выгорания топлива очень важно и позволяет подбирать желаемую форму кривой тяги двигателя по времени его работы.

Рассмотрим это положение на ряде примеров с различной формой зарядов и разными способами бронировки зарядов.

На рис. 4.3 показаны три типичные формы заряда: две формы - сплошной цилиндр, третий случай - цилиндр с внутренним цилиндрическим каналом. Если поверхность заряда не бронирована, горение будет идти послойно по всем поверхностям. С изменением торцовых поверхностей зарядов можно не считаться, если они относительно малы. Тогда первый заряд будет де-

171

грессивным, s<s₀. Кривая зависимости тяги от времени будет иметь вид, показанный на рис. 4.4 участком кривой I (дегрессивное горение).

Здесь участок кривой от 0 до р_mах отвечает условиям распространения пламени по всей поверхности заряда. Это время мало, несколько сотых доли секунды, и поэтому кривая идет вверх очень круто.

В торой заряд цилиндрической формы, сплошной, бронирован по наружной поверхности, горение может осуществляться только по торцовой поверхности. Кривая тяги показана на рис. 4.4 участком II (горение по постоянной поверхности, s—s₀).

Третий заряд прогрессивный, s>s₀. Горение не распространяется по наружной поверхности цилиндра, так как она бронирована. Горение идет только по поверхности внутреннего канала, и здесь поверхность горения увеличивается. Кривая тяги в зависимости от времени для этого заряда показана на рис. 4.4 участком III (прогрессивное горение).

Применяя наружную бронировку и меняя форму внутреннего канала заряда, можно в широких пределах изменять характер тяги двига­теля по времени его работы, т. е. времени горения заряда.

На рис. 4.5 показаны два цилиндрических бронированных по наружной поверхности заряда, но с каналом сложной формы. Тут же показаны кривые изменения тяги по времени для этих зарядов. В обоих случаях в начале графика тяги от 0 до точки а идет воспламенение заряда, затем до точки b горение прогрессивно и тяга растет.

Далее поверхность горения уменьшается, горение дегрессивно и кривая тяги падает до точки d, когда сгорают последние части заряда и тяга прекращается. В заряде А после воспламенения горящая поверхность резко увеличивается за счет крестообразных прорезей - этот участок отмечен на рисунке заряда пунктиром, а на диаграмме тяги по времени соответствует отрезку а—b. Далее до точки с идет прогрессивное горение по внутренней поверхности цилиндрического канала заряда, тяга увеличивается.

В заряде Б поверхность горения увеличивается за счет крестообразных прорезей и цилиндрической поверхности канала более интенсивно, чем в заряде А. К моменту, отмеченному на диаграмме тяги точкой b, горение достигнет стенки, в камере ос­танутся четыре разделенных массы заряда с убывающей по-

172

верхностью, и тяга будет уменьшаться до точки с, затем заряд гаснет, тяга уменьшается до нуля.

П

рименяя бронирование и меняя форму зарядов, а также варьируя укладку заряда по длине камеры, можно получить очень сложный характер кривой тяги в зависимости от времени работы двигателя и, таким образом, можно управлять скоростью полета снаряда. Подобный пример показан на рис. 4.6. Здесь заряд разделяется на три участка, каждый из них имеет разную форму и разное бронирование. Первый участок - заряд адгезирован по стенкам камеры и имеет прогрессивное горение за счет внутреннего небронированного канала (см. участок тяги I на рис. 4.6). Второй участок имеет четыре цилиндрических сплошных заряда, бронированных по наружным поверхностям и горящих по торцу. Тяга на втором участке остается постоянной.

173

На третьем участке имеется два небронированных цилиндрических заряда с депрессивным характером и постоянно уменьшающейся тягой двигателя. В этих условиях значительно облегчается наведение на цель, так как тяга двигателя невелика и снаряд легко развернуть по курсу.

Из приведенного примера видно, что вместо бронировки ино-гда можно применять с тем же результатом адгезию к стенкам камеры.

Влияние температуры на скорость горения

Зависимость скорости горения от температуры заряда весьма существенна, проявляется она в условиях эксплуатации двигателя, влияет на запуск двигателя и на тягу.

Рабочие размеры двигателя при нормальной и низкой температурах практически неизменны, например, диаметр критического сечения сопла при температурах от 223 до 323 К может меняться в пределах десятых-сотых долей миллиметра. Скорость же горения ТРТ в указанных пределах температур меняется в два-два с половиной раза, соответственно меняются скорость газообразования и тяга двигателя. С изменением скорости горения меняется время работы двигателя, меняется и дальность полета аппарата [25].

В зависимости от температуры заряда и изменения скорости горения топлива изменяется и время начального периода, отвечающего времени распространения пламени по поверхности го-рения в момент запуска. Все указанные изменения можно про-следить на конкретном примере, приведенном в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Зависимость скорости горения ТРТ от температуры определяется температурным коэффициентом скорости горения, который иногда называют температурным градиентом скорости горения. Под этими терминами понимается отношение разности скоростей горения к разности температур, при которых определяются эти скорости. Это отношение хорошо иллюстрируется гра-

174

фиком, показанным на рис. 4.7, а формульная зависимость будет иметь вид

здесь b_t — температурный коэффициент для заданного топлива;

Характеристики

Список файлов книги