Динамические процессы в ЖРД (1049221), страница 29
Текст из файла (страница 29)
38. Изменение расхода окислителя во времени при повышенном значении коэффициента Ь2.Фиг. 39. Изменение расхода горючего во времени при повышенномзначении коэффициента Ь?.15*227Следующие осциллограммы иллюстрируют возникновение колебаний, наблюдаемых при учете запаздывающего аргумента. Колебания в камере (фиг. 40) носят ударный характер; амплитудаих значительна, а амплитуда колебаний в цепи окислителя(фиг. 41) и в цепи горючего (фиг. 42) невелики.
На фиг. 43 показана осциллограмма колебанийдавления в камере. Здесьпри прежней амплитуде наблюдается повышенное значение частоты. Указанное повышение частоты было достигнуто путем изменениятеплотворности топлива и объема камеры. Путем изменения этихФиг. 41. Колебания расхода окислителя во времени для случая, соответствующего фиг.
40.Фиг. 40. Колебания давления в камере сгорания во времени.же параметров и гидравлических потерь удалось получить колебания (фиг. 44) прежней частоты, но с меньшей амплитудой.При уменьшении ряда параметров, в том числе объема камеры,были получены показанные на фиг. 45 колебания значительнойчастоты и высокой амплитуды. Интересно отметить, что при этомв гидравлических цепях колебаний не наблюдалось. При увеличении объема камеры и теплотворности топлива возникли быстрозатухающие колебания (фиг. 46).При изменении теплотворности топлива и площади критического сечения сопла были получены глубокие колебания расходав цепях окислителя (фиг.
47) и горючего (фиг. 48), возбуждающиев камере (фиг. 49) колебания давления разрушающей силы.В конце настоящего параграфа рассмотрен пример исследования уравнений на нелинейной моделирующей установке МН-7.Просмотр решений уравнений на экране осциллографа машинынепрерывного счета позволяет быстро и надежно оценить влияниеразличных воздействий на характер изменения давления в камереили расхода топлива во времени, определить наиболее приемлемые условия эксплуатации двигателя и подготовить данныедля продолженияисследованиянамашиненепрерывногосчета.228Фиг. 42. Колебания расхода горючего во времени для случая, соответствующего фиг.
40.Фиг. 43. Колебания давления в камере во времени, вызванные изменениемтеплотворности топлива и объема камеры.229Фиг. 44. Колебания давления в камере во времени, полученные путемдальнейшего изменения теплотворности топлива и объема камеры.Фиг. 47. Колебаниярасхода окислителя во времени, протекающиес повышенной амплитудой.Фиг. 48. Колебания расхода горючего во времени, протекающиес повышенной амплитудой.Фиг. 45. Колебания давления во времени, возникшие после изменения объемакамеры.Фиг. 49.
Разрушающие колебания давления в камере во времени.Фиг. 46. Колебания давления в камере, быстро затухающие во времени.,2302312. Гидравлические интеграторы3. Машины дискретного счетаПри решении некоторых типов уравнений оказывается удобнымприменение гидравлическихинтеграторов. Они используютсяв тех случаях, когда имеет место формальная аналогия (сходство)между исследуемыми дифференциальными уравнениями и уравнениями, описывающими распределение напоров при ламинарномтечении жидкости в системе с гидравлическими сопротивлениямии с подключенными к трубопроводам емкостями.Особенно широкое распространение получили гидравлическиеинтеграторы при решении задач нестационарной теплопроводности.
Указанную аналогию между уравнениями рассмотрим на простейших примерах. Количество воды У ь перетекающее за время tиз сосуда в сосуд при ламинарном режиме через трубку с заданными гидравлическим сопротивлением и разностью напоров, определяется, в соответствии с уравнениями, приведенными в гл. II,по формулеСледовательно,(3.194)где ^Р = Р\ — Р'2,— разность напоров;а — гидравлическое сопротивление или коэффициентгидравлических потерь.Количество жидкости, накопившееся в сосуде с площадью поперечного сечения F, в результате повышения уровня на величину h(t), составит(3.
195)При рассмотрении неустановившегося процесса теплопередачи, количество тепла Qi, протекающее за время t через среду с термическим сопротивлением R, при разности температур 6ГЬ составит:(3. 196)Общее количество тепла, полученное средой, характеризуемойтеплоемкостью с, в результате повышения температуры на величину &.Т будет равно(3.
197)Таким образом, исследуемые уравнения (3. 196) и (3. 197) аналогичны уравнениям (3.194) и (3.195), описывающим движениежидкости в гидравлическом интеграторе. При подготовке программы решения уравнений на гидроинтеграторе используют методконечных разностей.232При проведении исследования современных двигателей в большинстве случаев предъявляются жесткие требования в отношениивысокой точности результатов, получаемых при расчете. Многиеуравнения, описывающие динамические процессы ЖРД, для их решения требуют наличия запоминающих устройств. Поэтому, особенно за последнее время, широкое распространение для целейисследования двигателя получили машины дискретного счета.Они удобны также и в том отношении, что, обладая достаточнымбыстродействием, позволяют решать с малым шагом системы, содержащие десятки и сотни уравнений, причем обыкновенныедифференциальные уравнения могут быть нелинейными.При исследовании двигателей .может решаться большой комплекс различных вопросов.
В качестве примеров отметим следующие.В ы х о д д в и г а т е л я н а р е ж и м . Выяснение характераизменения параметров, в первую очередь, изменения давленияв камере и соотношения компонентов во времени; определениехарактера изменения во времени производных р и /С; определениенаилучшего режима срабатывания клапанов и выбор последовательности их работы; изучение влияния гидравлических потерьна колебание давления в камере в начальный период работы двигателя; исследование динамическихнагрузок,действующихна конструкцию, ослабление гидравлического удара в трубопроводах; изучение характера воспламенения топлива и процессаразвития горения.Р а б о т а д в и г а т е л я н а м а р ш е .
Исследование низкочастотных и высокочастотных колебаний; выяснение влияния различных воздействий на характер колебаний; отыскивание путейуменьшения амплитуды колебаний; изучение действия внешнихфакторов; ослабление действия внешних факторов; изучениехарактера изменения параметров в течение всего периода работыдвигателя; выбор наилучшего сочетания термодинамических, гидравлических и конструктивных параметров.И з у ч е н и е п е р е х о д а с о д н о г о р е ж и м а н а друг о й .
Исследование изменения амплитуды и частоты колебанийдавления и расходов при переходе с одного режима на другой;отыскание путей ослабления амплитуды колебаний при глубокомдросселировании двигателя; обеспечение наилучшего характераизменения параметров во времени при переключении режимов;обеспечение требуемого времени переключения.Решениезадачпонастройкедвигателян а т р е б у е м ы й р е ж и м . Составление расчетных номограмм;оценка точности настройки; выбор наилучшего метода и элементанастройки; изучение влияния качества производства на точностьработы двигателя; выбор допусков и точности изготовления деталей.233Исследованиестатики и динамикисистемыа в т о м а т и ч е с к о г о р е г у л и р о в а н и я . Выбор типа обратной связи; сравнение различных схем между собой; выбор и обеспечение параметров отдельных элементов обратной связи; обеспечение требуемого характера изменения тяги двигателя во времени;устранение колебания давления в камере с помощью системы с обратной связью.И с с л е д о в а н и е р е ж и м а в ы к л ю ч е н и я .
Изучение эффекта догорания топлива в камере; выбор последовательностисрабатывания элементов автоматики при выключении двигателя и т. д.В качестве примера рассмотрим систему уравнений двигателя,схема которого показана на фиг. 20. Допустим, что двигатель работает на двухкомпонентном топливе. Система питания имееттурбонасосный агрегат и перекисный генератор.
Давление в бакахподдерживается постоянным. Исследуется выход на режим безучета колебания давления в камере. На основании опытных данных, перемещение рабочих органов главныхклапанов задаетсяв виде функции времени. В процессе исследования выясняетсявлияние ряда факторов на характер выхода двигателя на режим.Допустим, что предварительными расчетами устанавливается, чтокамера как инерционное звено не оказывает заметного влиянияна время выхода двигателя на режим.
В изложенной постановкедостаточно воспользоваться четырьмя дифференциальными и двумя алгебраическими уравнениями.Уравнение гидравлической цепи окислителямя приведены в относительных безразмерных единицах. На фиг. 50показан выход двигателя на марш. Обращает на себя вниманиеувеличение соотношения компонентов в начальный период работы,которое затем принимает постоянное значение (по достиженииусловной единицы времени, равной 2); остальные параметры стабилизируются только к третьей-четвертой условным единицам времени.(3.
198)Уравнение гидравлической цепи горючегоФиг. 50. Изменение основных параметров двигателяпри выходе на марш.(3.199)Уравнение гидравлической цепи генератора(3. 200)Уравнение турбонасосного агрегата(3. 201)Уравнение главных клапанов(3. 202)(3. 203)Рассмотрим результаты расчетов, которые представлены в видеграфиков соответствующих функций. Значения параметров и вре-'234При значительном увеличении массовых коэффициентов Ь{ и /;2и момента инерции вращающихся частей турбонасосного агрегата(фиг. 51), время выхода на марш увеличивается, появляется провал значения К в начальном периоде.В результате увеличения длины одного из трубопроводов,вследствие увеличения а\ и Ь\ произошло изменение характеравыхода на марш камеры и цепи окислителя (фиг. 52).
При этомсоотношение компонентов К заметно стабилизировалось.При введении в цепь окислителя клапана, управляющего расходом, характер изменения параметров во времени изменился(фиг. 53). Соотношение компонентов стало изменяться медленно,дольше возрастает давление в камере, но турбонасосный агрегатработает примерно в прежнем режиме.Примерно такие же воздействия, но направленные на цепь горючего, привели к более заметным изменениям режима.
Соотношение компонентов К (фиг. 54) в начальный период значительно235увеличилось; это обстоятельство может определенным образомсказаться на характере колебаний.Если резко уменьшить наддув бака с окислителем (фиг. 55),то произойдет снижение расхода окислителя, но вследствие перераспределения мощностей расход горючего несколько увеличится.Давление в камере и соотношение компонентов К, конечно, изменятся.Уменьшение наддува бака с горючим (фиг. 56) привело к менее заметным изменениям. Обращает на себя внимание заметноеФиг.
51. Выход на марш двигателя, имеющего завышенные значения Ъ\ и 62.Фиг. 53. Вариант выхода на марш при введенияв цепь окислителя клапана, управляющего расходом.Фиг. 52. Вариант выхода на марш при увеличениидлины одного из трубопроводов.236воздействие на число оборотов турбоиасосного агрегата и резкоеповышение К. в самом начале работы двигателя.По материалам, приведенным в предыдущих параграфах, можно определить способы изменения тангенса угла наклона характеристики насоса. Этот параметр оказывает заметное влияниена работу двигателя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
