Динамические процессы в ЖРД (1049221), страница 14
Текст из файла (страница 14)
В начальный момент времени, соответствующий работе камеры на марше, характер распределенияпараметров по длине камеры (по х) известен из решения алгебраических уравнений.Далее, зная геометрическую форму камеры сгорания, задаютсяусловиями взаимодействия между параметрами внутрикамерногопроцесса и оболочкой камеры, включая головку в сопло.
Иначе говоря, задаются условиями на границе, или граничными условиями.108Эти условия задаются в виде распределения параметров илиих производных по внутренней поверхности в функции времени:(1.402)Система дифференциальных уравнений при условии, что известна геометрическая форма камеры и что заданы начальные и граничные условия, решается до конца, т. е.
определяется функцияраспределения параметров по объему камеры для любого моментавремени [47].Глава IIД И Н А М И К А СИСТЕМЫ П И Т А Н И Я§ 1. ВНЕШНЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ ПИТАНИЯТак же, как и в гл. I, посвященной динамике процессов, протекающих внутри камеры сгорания, изучение внутренних свойствагрегатов системы питания, наиболее полно характеризующихее специфические особенности, производится путем исследованияизменения ее основных параметров во времени.Внешняя характеристика системы питания представляет собойзапись изменения основных параметров во времени. Внешняя характеристика получается путем осциллографирования показанийизмерительных приборов в процессе испытания.1. Типы систем питанияИзвестно два основных типа систем питания.
В литературе ониимеют несколько различных наименований. Первый тип называютсистемой с нагруженными баками, или системой с газобаллоннойподачей (что не всегда точно), или вытеснительной системой подачи компонентов. Второй тип называют системой с разгруженнымибаками, или системой с турбонасосным агрегатом (ТНА), поскольку в современных двигателях иная силовая установка не применяется.В системе с нагруженными баками (вытеснительной системе)компоненты топлива вытесняются из баков в камеру давлениемгазов, поступающих в верхнюю полость бака из аккумулятора.Аккумуляторы бывают газовые, пороховые или жидкостные, иногданазываемые горячими. Давление в баках с компонентами топливапри этом будет более высокое, чем в камере.
Поэтому толщинастенок и вес баков при такой системе питания обычно довольновысоки. Газовый аккумулятор, представляющий собой баллон высокого давления, тяжелее пороховой камеры с шашкой. Жидкостный аккумулятор легче порохового, но значительно сложнеепо устройству. Однако вес всей системы определяют не аккумуляторы, а баки.110Исследование систем питания с нагруженными баками показало, что их относительный вес практически не зависит от тягидвигателя и значительно возрастает с повышением давления в камере. Системы питания с нагруженными баками применяются чащевсего в стационарных установках или в двигателях малой тяги.Аккумуляторы давления (главным образом, жидкостные) используются не только для вытеснения жидкостей в камеру сгорания.
Ими оснащаются и системы наддува, предназначаемые дляобеспечения нормального движения жидкостей от баков до насосов,а иногда и для улучшения прочностных характеристик разгруженных баков.Давление во внутренних полостях систем питания с разгруженными баками невелико и измеряется лишь несколькими атмосферами. Этим и объясняется то обстоятельство, что относительныйвес баков для этой системы почти не зависит ни от давления в камере, ни от тяги двигателя. Исследования показали, что по мереповышения тяги двигателя и размеров ракеты, весовые качествадвигателя, оснащенного системой с разгруженными баками, улучшаются. Оказалось, что по мере повышения давления в камередо определенных значений, весовые качества двигателя тоже несколько'улучшаются.
Поэтому система питания с разгруженнымибаками заняла прочные позиции в современном ракетостроении.Пока что для перекачки топлива из баков в камеру применяюттурбонасосный агрегат, но возможныи другие нагнетательныесистемы: инжекторы, циклические насосы, электромагнитные насосы, электродвигатели с насосами и т. д. Целесообразность их применения изучается.Турбина получает рабочее тело от генератора, который можетработать как на основных компонентах, так и с использованиемспециального рабочего .тела.
В генераторах современных ЖРДприменяются в большинстве случаев основные компоненты топлива. Продукты, отработавшие в турбине, отбрасываются черездополнительные сопла или дожигаются в основной или в дополнительной камере. Встречаются схемы, в которых питание турбиныпроизводится не непосредственно основным топливом, а путем отбора части тепловой энергии от камеры сгорания.
Исследованияпоказали, что использование камеры сгорания в качестве промежуточного звена в процессе генерирования рабочего тела для турбины, приводит к усложнению конструкции и увеличению веса двигателя.2. Агрегаты системы питанияСистема питания включает в себя насосы, элементы наддува,гидравлические коммуникации, элементы автоматики и баки.Основными агрегатами, передающими энергию от турбинык движущейся жидкости, в современных ЖРД являются насосы.Их характеристики определяют весь режим работы системы пита111ния.
Рабочие колеса насосов окислителя и горючего обычно илинаходятся на общем валу или жестко связаны между собой черезредуктор. Наличие такой связи приводит к тому, что параметрыцепи окислителя оказываются зависящими от параметров цепи горючего. Отклонение параметров насосов от их номинальных значений оказывает заметное влияние на искажение всего режимаработы двигателя.Система наддува передает движущейся жидкости энергиюот аккумулятора. Эта энергия меньше той, которую производиттурбина, и реализуется она обычно на участке от баков до входногосечения рабочего колеса насоса.
Таким образом, насосы и системынаддува оказываются источниками энергии. Потребителями энергии являются камера сгорания и гидравлические коммуникации,включающие в себя гидравлические цепи и элементы автоматики.Для определения требуемой мощности турбины необходимо, задавшись давлением в камере и зная расход топлива, определитьсуммарные гидравлические потери для каждого из компонентов;затем, учтя давления, создаваемые системами наддува, определитьтребуемые напоры насосов.
По характеристикам насосов находятнеобходимую мощность турбины.Таким образом, вначале следует заняться исследованием и расчетом гидравлических коммуникаций, затем определить выходныепараметры системы наддува, и, наконец, подобрать требуемые характеристики насосов.3. Внешняя характеристика системы питанияВыход -системы питания на режим сложнее выхода на режим(на марш) камеры сгорания. Он складывается из ряда последовательно выполняемых операций, каждая из которых может бытьописана своей системой уравнений, решаемой в определенных пределах изменения параметров.
Каждая последующая операцияначинается после вполне определенного завершения предыдущей,характеризуемой достижением параметрами вполне определенныхзначений. Если операции изучаются с помощью уравнений, решаемых на машинах, то переход от одной операции к другой,т. е. от одной системы уравнений к другой, производится в соответствии с результатами счета.Единой последовательности запуска ЖРД не существует.Рассмотрим в качестве примера один из возможных вариантов(фиг. 13).
Вначале повышают давление в баке (0—У) с помощьюсистемы наддува. Главные клапаны гидравлических коммуникацийпри этом закрыты. Если ориентироваться на газовые аккумуляторыдавления, то процесс описывается уравнениями, характеризующими перетекание газа из аккумулятора в баки и заполнение компонентами топлива коммуникаций от бака до главных клапанов.Допустим, что следующей операцией является раскрутка валатурбонасосного агрегата до некоторого промежуточного значения112чисел оборотов (2—5). При этом главные клапаны остаются закрытыми. Эта раскрутка происходит в результате того, что вступает в действие генератор или пороховой стартер (если генераторвступает в действие позже и питается основными компонентами,поступающими в него после насосов ТНА).При достижении валом турбонасосного агрегата определенныхоборотов главные клапаны частично открываются, в результатеФиг.
13. Один из возможных вариантов изменения параметоов двигателя при запуске и выходе на режим.чего компоненты топлива заполняют трубопроводы, соединяющиеглавные клапаны с головкой двигателя. Заметим, что главные клапаны могут открываться и неодновременно. Начинается истечениетоплива (4—5) в камеру, воспламенение и частичное повышениедавления в камере (6—7).Затем происходит полное открытие главных клапанов, причемрежимы их открытия могут отличаться один от другого. Турбинапереводится на питание от основных компонентов, после чего расходы топлива в основной камере достигают номинальных значений (10).При осуществлении марша в работе двигателя принимают участие почти все его агрегаты.
Процессы, протекающие в двигателе,описываются здесь наиболее полной системой уравнений.§ 2. У Р А В Н Е Н И Я ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙОдним из элементов системы питания, оказывающих существенное влияние на режим работы двигателя в целом, является гидравлическая цепь. Большинство современных двигателей содержатДве цепи: окислителя и горючего. Процессы, протекающие в гидравлических цепях, исключительно сложны.
Для изучения этихпроцессов привлекаются уравнения, описывающие их с той степенью точности, которая необходима для решения конкретнойзадачи.572ИЗ1. Движение упругой жидкости в деформируемом трубопроводес дополнительным переменным объемомРасход жидкости через первое (входное) сечение будет равен:(2.3)Рассмотрим неустановившееся движение сжимаемой жидкостипо трубопроводу, который под действием статических и динамических нагрузок деформируется как в радиальном, так и в осевомнаправлениях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
