Волков Е.Б., Мазинг Г.Ю., Шишкин Ю.Н. - Ракетные двигатели на комбинированном топливе (1048762), страница 19
Текст из файла (страница 19)
)хак атх!счалась рапес, существепиым исдастаткам саВР|'.м|)пиых таил ивиых нар ГР.'1 является Низкая скорость газификации твсрлс)ГО кампаие|п а, Втску!цяя эа собой ря '| капстр! К!паных затрулпеиий при про|)кп!рова|пи|. Поэтом" ПОВып|спис скорас!и газификации считает!я олпой пз наиболее актуальиых проблем развития ГРД. Рассмотрим основные иаправлсиия рсшепия этой проблемы. 1. Попы|пение коэффициент т||плаотдичи от газового потока к оопсргногти, эорядо иоер 01|тпо|п )тррбряизо)(ии течения.
Примером такого рсшсипя является схема д|гнгателя, представлепиая иа рис, !.8. В этом двигателе зарял разлслеп па секции. мсжл|' которыми рас|и)лягаются дросссльпые 1найа|»1, Выполнеп ные из горючего материала. Они могут изготовляться пз того же материала, что и основной заряд. 7ля обеспечения одновременности выгораипя материала заряда и шайб у торцов секций предусмотрены кольцевые выточки. Испытания модсльиого двигателя, выполненного по такой схеме, с диаметром заряда 70 мм показали такиче возможность повышения полноты сгорания топлива: удельный импульс увеличился с 1970 (обычпая схема) до 2536 'г))(кг)с). 2. При>иенение порисггчх (зерненгих) зарядов с подачей >>гадкого кохтоненча через аорьс Применение пористых зарядов по мнению некоторых исследователей (см. работу (! 9)) позволит увеличить фронтальную скорость газификации почти в 100 раз благодаря значительному развитию контактной поверхности материала.
3, При.ченение латериалоа с низкой теплотой газификации либо облас)аницих зкэотерлическиги эффектом газификиь(ии. З.а. НАГРЕВ ТВЕРДОГО КОМПОНЕНТА ПРИ ВОСПЛАМЕНЕНИИ Для материалов, скорость разложенвя которых следует зависимости Аррениуса, процесс нагрева целесообразно рассматривать в подвижной системе координат, начало отсчета которой связано с поверхностью заряда. Температурное поле заряда находится в результате интегрирования системы уравнений дат дТ дт а~ — ..= — — и— дхч гй дх (3, 54) ои К,„, ехр ( — Е,!>>сТ,)1 ~о~, ~ „~от„ч (3. 55) Пр .=О, --. ('— >Тч =«(Т, — Т.) д>х,, гле Тм — температура в ядре потоки горячего газа. при х=со, Г (со, г') -.
7'„; при г'==0„ Т(х, 01=.=7'„. Здесь первое уравнение системы (3. 54) представляет собой уравнение иссгациоиарной теплопроводностп в подвижной системс координат. Уравнение (3.55) выражает условие чеплового баланса поверхности заряда. Левую часть уравнения (З.о5), представляющую собой тепловой поток к поверхности заряда ~)„можно выразить также через эффективный коэффициент теплоотдачн аи Т - Т„=- (Т, — Т„) е-"", где й — козффицпеит аппроксимации, опрсделяемый для каждого момента времеви из граничного условия (3.
55! но формуле 4» - — ввс?» й:.=- -- — -'— !' (Г« — Т«) (3. 5?) На рис. 3.!6 лля сравиепия привсдеиы два профиля температур в ПММ, рассчитанные для одного и того же момсита времени ((=-- ! !О-' с) соответственно интегрированием снстемы уравнений (3. 54) (профиль 1) и по формуле (3. 56) (профиль П) при отправных данных, укаэанных в подпнсп к рис.
3.16. Погрешность аппроксимации ие превышает 10"",~. Решсние, основанное иа совместном интегрировании уравнений (3. 53), (3. 54), (3. 55), яв:истся громоздким и трудоемким. Рассмотрим возможиости получеиия прнближепиого решсиия. позволяющего при мииимальиых затратах хотя бы ориентировочно оцсиить время нестациоиарпого иагрсва заряда и его связь с определшощими параметрами процесса. 1ля пачальиой, наиболсе длительной, стадии периода воспламенения ввиду низкой температуры поверхности заряда лимитирующим «узким» местом процесса является книетика пироли ~а твердого компонента.
Скорость газификации остастся пизкой до тех пор, пока температура поверхности не дсктпгнет искогорого зиачепия Т,. соотвстствующсго началу крутого учасм а кривой Лррепиуса (рис. 3.17). Тсмперагура Т« в первом приближении определяется как точка перессчсипя с осью абсцисс касательной к кривой Аррениуса в точке ее перегиба. В соответствии с зтпм темпсратура опредслястся нз зависшмости (3. 53) как 7'««=-Е 8К.
При малых скоростях газификации тсмпсратурпое поле заряди можно расс штывать по обьшпым зависимостям нестацпоиарпой твплопроводпости для полубескопсчиого тела. В простсйшем случае, при постояпиом тепловом потоке к поверхиосги д,, распрсдслсппе температуры в заряде Лля произ- 95 На рис. 3. 15 приведсп график изменения во времсни тсмпературы иоверхпости Т„- и скорости газификации при пестационарпом нагреве ПММ, получеппый в результате числешшго иптсгрироваиия приведенной выше системы уравнений для условий а;==2,! Вт/(мз ° К); Т„=-2000 К. Как показывает аиализ рсзульгагов числсииого гштсгрироваияя системы уравнешгй (3.54)- (3.55), проведенного для различных материалов и условий нагрева, профиль температур в материало при иестагшоиа)зиом пагреве с приемлемой точностью аипроксимпруется зкспоиеитой: П,7717." 0310 ' с-ггра Е ок се Р:м.
2. !6. Тегкперйиурпьй проф ии в закис!и тисркого компгтиеита при иесгвпнгюа!игом нагретк !1'„=-202 К; Т,,— =-6830 К; 7в, =2000 К: и, ==2.! Втг!мт К! 1=-0000! и!: — ~ивина паст и, квв!'ск симвнвя ив !пивники~о !та ! !"ис. 3 !7. Рпс. 3. !5 !!змеиение температ7ры п скорости уноса тверлого компонепиа !скорости газпфикаггип) прв нагреве вольного момента времени 1 выражается формулой Т.=-:Т„+ к' ф'а.,11ег(с( (3. 58) ~т ~крам / где 1сг(с — интеграл функции ошибок Гаусса прн аргументе Б первом грубом приближении время, иеобходнмое для установления сгацнопарного процесса газификации, можно принять равным времени нагрева инертного материала (без газифика.
цин) до установления на его поверхности температуры Т,,:"'. Согласно зависимости (3,58) при к=0 зто время равно; ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ КРД В данной главе рассматривается в общей постановке выбор основных рабочих параметров камеры сгорания КРД па этапе баллистического проектирования, когда в первом приближении определяются массовые и габаритные характеристики летательного аппарата с таким двигателем. Основу решения этой задачи составляют: а) зависимости лля скорости газификации твердого компонента; б) зависимости, связывающие давление в камере с параметрами заряжания и условиями подачи второго компонента; в) геометрические характеристики заряда.
В результате решения должны быть определены основные размеры камеры и заряда, обеспечивающие: а) размещение в камере заланнога запаса тверлого компонента; б) необходимую поверхность газификации, определяющую заданный расход топлива, а следовательно, и силу тяги Лвигателя; в) необходимое время работы двигателя, определяемое полным временем газификации твердого компонента. В качестве основного типа камеры сгорания КРД принята камера с поверхностью газификации твердого компонента, размещенной вдоль сквозного осевого газового тракта. Такой тип камеры включает в себя как варианты со скрепленными заря- лами — с газификацией по поверхности внутренних каналов, так и свободно вкладываемые заряды -- с газификацией также и по наружной поверхности.
Ввиду того, что скорость газификации прп диффузионном горении в ГРД возрастает в направлении движения газового потока, в ряде случаев может оказаться целесообразным делать заряд с переменной по его длине толщиной свода, чтобы избежать образования при газификации дегресснвных остатков. Потребный профиль канала в таких случаях может быть установлен па этапе окончательной отработки заряда. На этапе баллистического проектирования во всех случаях при определении основных размеров заряда и параметров камеры сгорания можно полагать, что площадь свободного сечения камеры постоянна по всей длине заряда.
На этом допущении основаны приводимые ниже зависимости. 4. !. СРЕДНЯЯ ПО ДЛИНЕ ЗАРЯДА СКОРОСТЬ ГАЗИФИКАЦИИ И РАСХОД ТВЕРДОГО КОМПОНЕНТА Рис. 4.!. Скорость газификации меняется по длине заряда, возрастая по направлению к соплу двнгателя. На первом этапе баллистического проектирования при определении основных размеров заряда и камеры сгорания целесообразно пользоваться скоростью газификации, осредненной по длине заряда Е: т и,„= — ! 1иЮ. ! ср о Выведем зависимость для определения и,р.
Выделим по длине канала заряда элементарный участок длиной Ж, отстоящий от начального торца заряда на расстоянии 1 (рис. 4.1). Приход газов на этом участке составит Та=о,П, .Т1, где τ— периметр газификации, Используем упрощенное выражение для скорости газификации: И=мт ~ ) 0 К (4 й) где 6 — локальное значение расхода газов; Скорость газификации твердого компонента является важной характеристикой рабочего процесса КРД, определяющей параметры внутренней баллистики п выходные характеристики двигателя, обусловливающей выбор размеров заряда, а следовательно, массы п габаритов изделия. ра — давление в камере, принимаемое постоянным по длине заряда; Гк — площадь сечения канала заряда„ полагаемая по длине заряда постоянной.
Подставив уравнение (4, 2) в (4. 1), после разделения переменных и интегрированна, получим 1- з Интегрирование осунгествляется в пределах: по переменной ! — от пуля до 1., по переменной 6--.от 6,.„; (расхода жидкого компонента, подаваемого в головную часть камеры) до 6- (суммарного расхода газов в конце заряда). Из уравнения (4. 3) находится секундный расход твердого компонента: 1 6,,= () — 3)и,й„+Е,о,",.— '6„,„' — 6...,. (4,4) Для канала цилиндрической формы с диаметром н данная зависимость принимает следующий вид; Уравнение (4,3) можно переписать в виде Применяя для соотношения расходов компонентов следующие обозначения: О, О.. 1 — й от б, Ф получим 6.=', 6: й ' 6.„! — й Обозначим ;4, 71 Очевидно и~ представляет собой скорость газификации твердого компонента, определяемую по расходу жидкого компонента, подаваемого в головную часть камеры.
Введя (4.7) в уравнение (4.6) н выразив расход твердого компонента через осредпепную по длине заряда скорость его |оо газификации ипя ись' П,=О,П,йи,и, 71ол)чпм выражсн1ее для определе- р 1 и,.„==и.. —,(1 — Г) !4. 8 1.-',Г- Получениую зависимость представим в виде к(и! ф) .1,0 ' =а;.А'Ф Ф) (4-0) где А'(р, ф) — функция, определяемая только соотношением расходов компонентов и показателем р: 751 1 †1 (Р=Д5, ,4 ', . (! )О; 7Я Численные значен4и функции К(р, 5Г) представлены в виде семей- ст ства кривых на рнс. 4.2. Как следует из этих графиков, при малых значениях 4 (4..<0,2 —;0,3)„характерныхдля топливных пар ГРД прямой схемы„ значение этой функции оказывается 05 га 4 очень близким к единице. При этом с достаточной для практики точностью можно принять иьи — — Н .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
