Штехер М. С. - Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1043408), страница 47

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

Текст из файла (страница 47)

чению удельного импульса, поэтому наиболее часто оценку проводят по удельному импульсу. Оптимума для различных топлив не совпадает с  =1 и не совпадает друг с другом для разных

п ар топлив. Эти несовпадения довольно значительны для ряда топлив, особенно резко отличается а оптимальное от  =l для топлив водород +кислород. Зависимость удельного импульса от a для разных топлив показана на рис.5.1. При оценке топлив необходимо учитывать влияние а не только на удельный импульс, но и на температурный режим двигателя, плотность топлива, а следовательно, и на размеры баков и габариты аппарата. Влияние а на величины удельного импульса и плотности топлива в конечном итоге очень заметно сказывается и на основном показателе летательного аппарата - его максимальной скорости полета в конце активного участка работы двигателя.

6.2. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ТОПЛИВА ПО МАКСИМАЛЬНОЙ

СКОРОСТИ ПОЛЕТА АППАРАТА

Максимальная скорость полета аппарата определяется по формуле Циолковского

Оценка топлива по формуле Циолковского является упрощенной потому, что производится без учета эксплуатационных показателей топлива. Такая форма оценки наиболее удобна для сравнения известных по эксплуатационным показателям или совершенно новых, не проверенных еще практикой, топлив.

Используя формулу Циолковского для оценки топлива, получают достаточно обоснованный результат с учетом удельного импульса и плотности топлива - двух основных энергетических показателей. Оба эти показателя существенно зависят от  - коэффициента избытка окислителя. Если последний назначен в определенных пределах или выбран как оптимальный для реальных условий работы двигателя, то удельный импульс и плотность топлива также отвечают оптимальным или реальным условиям работы двигателя.

Таким образом, используя формулу Циолковского для оценки топлива, одновременно учитывают и комплексное влияние a,

249

одного из основных параметров рабочего процесса двигателя, на тягу и плотность топлива (рис. 6.2).

Формула Циолковского часто записывается в виде

где W - скорость газов на срезе сопла;

G_Т - масса топлива в баках аппарата на старте; G_K - масса сухой конструкции аппарата.

Выражая массу топлива через объем бака и плотность топлива, получим

в то же время, W = I_уд и тогда уравнение (6. 5) примет вид:

Объем баков связан с массой конструкции, эту связь можно выразить через массовый .коэффициент тогда

Из формулы (6.7) видно, что максимальная скорость полета зависит от двух переменных I_уд и _т, т. е. удельного импульса и плотности топлива, непосредственно связанных с топливом, и массового показателя аппарата s_к. Отметим еще раз, что удельный импульс и плотность топлива за-висят от одного из основных параметров

рабочего процесса двигателя - коэффициента избытка окислителя а. Влияние указанных трех параметров на максимальную скорость полета неравноценно. В частном случае для оценки качества топлива обычно принимают величину массового коэффициента аппарата s_к постоянной, однако нужно иметь в виду, что влияние I_уд и _т на величину максимальной скорости полета существенно зависит от массовых характеристик аппарата.

Последнее обстоятельство можно показать, пользуясь следующим методом. Если в формуле Циолковского (6.5) положить, что значение G_T/G_K невелико, что соответствует случаю малого запаса топлива на старте и большой массы конструкции (аппарат ближнего действия), то математически не будет большой ошибки, если вместо формулы вида (6.5) будем пользоваться формулой

250

В то же время, если принять, что значение отношения G_T/G_K очень велико, что отвечает большим запасам топлива на старте (аппарат дальнего действия), то без большой ошибки можно

считать, что

Сравнивая формулы (6.8) и (6.9), нетрудно видеть, что в случае использования аппарата ближнего действия с относительно большой массой влияние плотности топлива проявляется более заметно, чем в случае с аппаратом дальнего действия и относительно малой массой, где зависимость от плотности топлива будет уже в логарифмической форме.

Для нахождения максимума скорости полета в зависимости от величины удельного импульса и плотности топлива для конкретных значений коэффициента s_к необходимо уравнение (6.7) взять в дифференциальной форме и, приравняв первую производную нулю, получить решение. Однако, как это убедительно показано в работе [1], подобный метод требует значительных усилий и возможен только для конкретных значений коэффициента s_к .

Оценка топлива по максимальной скорости полета аппарата проста и удобна, дает вполне надежные сравнительные данные, но окончательный выбор топлива можно сделать только с учетом назначения аппарата, условий его эксплуатации и полного учета эксплуатационных и энергетических показателей самого топлива.

6.3. ОЦЕНКА ТОПЛИВА ПО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

Оценка топлива по эксплуатационным показателям - большой и трудоемкий процесс, требующий детального экспериментального обследования поведения топлива в условиях эксплуатации. Это обследование начинается с лабораторных исследований физико-химических свойств, продолжается на опытных образцах двигателей и очень часто проводится еще длительный период практического использования. Число эксплуатационных показателей обычно очень велико и может насчитывать несколько десятков.

При оценке топлива очень важно сделать правильный выбор именно тех конкретных показателей, которые позволяют сделать правильные выводы о практической пригодности топлива или его компонентов для заданного конкретного типа летательного аппарата.

Большое количество эксплуатационных показателей затрудняет оценку, и для облегчения этого процесса целесообразно эти показатели разделить на ряд групп. Это разделение не абсо-

251

лютно. Так можно назвать группу показателей, характеризующих топливо или его компоненты с позиций использования их в качестве охлаждающего агента двигателя.

Можно выделить ряд показателей, характеризующих условия хранения, условия транспортировки, пожара и взрывоопасности. Совершенно обязательна оценка коррозионной активности компонентов и их токсичности. Наконец, при окончательной оценке обязательно должны быть учтены стратегические и производственные возможности. В особую группу следует выделить и тщательно проанализировать экономические показатели по эксплуатации, капитальным затратам и стоимости.

Характеристики

Список файлов книги