Штехер М. С. - Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1043408), страница 46

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

Текст из файла (страница 46)

здесь p₁ - давление в газогенераторе, кг/см²;

и - скорость сгорания твердого топлива, см/с; _т.т - плотность твердого топлива, кг/м³; для современных топлив около 1,4-1,6;

243

q - опытный коэффициент, больший единицы, учиты­вающий снижение температуры газов на лопатках газовой турбины;

V_сек.г - объем газов - продуктов сгорания;

R- газовая постоянная;

Т- температура газов при горении твердого топлива.

Выше уже отмечалось, что температура горения довольно высока и необходимо обеспечивать охлаждение продуктов горения твердого топлива до их поступления на лопатки газовой турбины, где допускаемая температура не может быть выше 1100-1400 К. Снижение температуры газов, естественно, уменьшает их работоспособность и требуется увеличение расхода топлива или точнее увеличение поверхности горения. Это и обеспечивается опытным коэффициентом Э, который подбирается экспериментально и пропорционален отношению теоретической температуры горения твердого топлива к температуре, допустимой на лопатках газовой турбины, т. е. около 2,5-3,3 раза. Скорость горения твердого топлива зависит от давления в генераторе и обычно определяется по формуле

где р₁ - давление в газогенераторе, кг/см²;

u₀ - начальная скорость горения, зависящая от состава твердого топлива, температуры горения топлива при давлении в 1 кг/см²;

п - показатель степени, зависящий от состава топлива. Ниже приводится табл. 5.7 исходных характеристик некоторых известных твердых топлив, по которым можно ориентиро-

Таблица 5.7

244

ваться при выборе топлива для газогенератора или пусковых твердотошшвных шашек для раскрутки ТНА.

Если полагать, что допустимая на лопатках газовой турбины температура газа не должна превышать 1200 К, то для указанных в таблице теоретических температур горения названных твердых топлив можно рекомендовать значения коэффициента О в пределах от 2,3 до 3,3.

В настоящее время разработана довольно широкая рецептура твердых топлив для газогенераторов, позволяющая получить довольно низкие температуры газов, около 1500-1800 К, обеспечивающих в то же время весьма высокое газообразование.

Глава 6

ОЦЕНКА И ВЫБОР ТОПЛИВА

Оценка и выбор топлив для двигателя производится на основе подробного анализа показателей, характеризующих энергетические и эксплуатационные качества топлива, а также учета скорости полета аппарата, на котором используется топливо.

К числу основных показателей топлива относятся удельный импульс тяги, теплопроизводительность топлива, плотность, отношение окислителя к горючему и коэффициент избытка окислителя.

Число эксплуатационных показателей значительно шире, главнейшими из них являются температура плавления и кипения компонентов топлива, склонность к взрыву и пожару, токсичность, стабильность, коррозионная активность и др.

Оценка и выбор топлива с учетом всех указанных выше показателей весьма сложны и обычно производится при окончательном подборе топлива для конкретного аппарата или в случае предварительной оценки новых топлив.

Для оценки известных или достаточно проверенных практикой видов топлив можно ограничиться сравнением их основных энергетических показателей и скорости полета аппарата, т. е. руководствоваться методикой, рекомендуемой В. П. Глушко[12].

6.1. ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОПЛИВА

При рассмотрении технических требований к топливу как источнику энергии была показана связь между теплопроизводительностью топлива и удельным импульсом

Отсюда следует, что удельный импульс прямо пропорционален скорости истечения газов из сопла и теплопроизводительности топлива. Удельный импульс тяги и теплопроизводительность топлива практически одинаковы по своей значимости и энергетической характеристике топлива. Однако надо иметь в виду,.

246

что максимальные значения этих показателей зависят от принятого значения a - коэффициента избытка окислителя и не совпадают друг с другом.

Использование Н_и или R_уд зависит от условий и удобства сравнения. Оба эти показателя являются первостепенными, но удельный импульс используется для сравнения и оценки качеств топлива значительно шире, так как обычно определяется для реальных условий работы двигателя при оптимальном значении коэффициента избытка окислителя. Удельный импульс, отнесенный к массовому расходу (кг/с), называют массовым удельным импульсом (I_уд) в отличие от так называемого объемного удельного импульса I'_уд . Этот показатель физически представляется

как удельный импульс 1 м³ топлива, израсходованного за 1 с. Объемный удельный импульс очень удобен для оценки габаритов баков, занимаемых компонентами топлива, и в известной мере характеризует габариты силовой установки или аппарата, на котором используется данное топливо. I'_уд (м/с/м³) определяется как произведение массового удельного импульса на плотность топлива

Эквивалентная объемному удельному импульсу величина теплопроизводительности, отнесенной к 1 м³ израсходованного топлива, называется теплоплотностью и обозначается Н'_и (кДж/м³).

Она определяется как произведение теплопроизводительности Н_и на плотность топлива _т

Значение этой величины в оценке топлива можно показать на следующем примере.

Для топлива с кислородом в качестве окислителя и углеводородным горючим теплопроизводительность может быть принята равной 2250 ккал/кг топл., приняв _e=0,5, получим массо-вый удельный импульс

Объемный удельный импульс в этом случае

где _т= 1,04, если считать  = 3,00; =1 и _гор-0,85 г/см³, a _ок=l,H г/см³. Разница между I_ул и I'_уд мала и составляет около 3% от I_уд. Практически можно считать, что оба показателя равноценны.

Это обстоятельство будет иметь место во всех случаях, когда _т близка к единице. В то же время, если взять более плотный

247

окислитель, например, тетранитрометан и сохранить прежнее горючее, положение резко изменится. Теплопроизводительносгь углеводородно-тетранитрометанового топлива равна только 1710 ккал/кг. Плотность _т топлива с тетранитрометаном в качестве окислителя будет выше и равна 1,47. Полагая, как и выше, = 1,0 и _е = 0,5 получим:

Здесь объемный удельный импульс значительно выше массового, что указывает на возможность в достаточной степени использовать объем баков, т. е. габариты такого аппарата будут значительно меньше, чем в первом случае.

Плотность топлива или точнее его техническая плотность, являясь одним из важнейших показателей при оценке и выборе топлива.

Но плотность топлива - величина, зависящая от плотности компонентов - горючего и окислителя и больше всего от их соотношения (стехиометрического и действительного) в заданном топливе, т. е. от _ и .

Влияние плотности горючего и окислителя на плотность топлива далеко не одинаково, это можно показать, если вспомнить, что

где G_т — масса топлива, кг;

V_T — объем топлива, м³;

значение = const, можно видеть, что значение _ок много выше _гор и всегда ведет к увеличению плотности топлива. В то же время, если =₀, то можно показать, что при определенном значении ₀ плотность топлива с ростом а также растет (рис. 6.1). Влияние  - коэффициента избытка окислителя на качество топлива очень существенно и проявляется в значительно большей степени, чем . Оценка топлива по топлива производительности Н_и обычно производится при  =1,0, когда значение Н_и достигает максимальной величины. Для сравнительной оценки это условие допустимо, но в реальных условиях работа двигателя обычно происходит при , не равном единице, чаще всего при оптимальном значении ее, отвечающем максимальному зна-

248

Характеристики

Список файлов книги