Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Уменьшение статического давления в тракте вследствие разгона охладителя при охлаждении газообразным водородом Ьр определяется по уравне- Глава 6. Двигательные установки 316 нию Бернулли. Пренебрегая разностью высот и потерями напора на рассмат- риваемом участке, можно написать г г Р! га~ Рг гсг + — + р, 2 р, 2' откуда, считая на данном участке р~ = рг = р, имеем ~ЗРш Р1 Рг (гаг ~й 1 Рг г г1 2 (6.30) Гидравлические потери в трубопроводах и арматуре дРчав = гФч + дР . (6.31) Потери из-за трения в трубопроводах определяются так же, как и в охлаждающем тракте, по формуле (6.14): га г1Р =) — р —, ч А 2' где коэффициент трения в зависимости от режима течения определяется по формулам (6.16) — (6.18). Местные потери в трубопроводах определяются как сумма потерь напора из-за различных причин (поворота трубы, входа и выхода из трубы, внезапного или плавного расширения или сужения потока, слияния и разделения потоков и т.
д.), т. е. Лр„= "„Лр„,. Величина местных потерь в каждом случае определяется по формуле (6.29): г ггРм; =гр — * 2 где с, — коэффициент местного сопротивления, определяемый для каждого случая потерь. Потери в «лаланах и дросселях (Ьр и Ьр, ) рассчитываются также по формуле (6.29). Задача при этом сводится к определению коэффициента потерь с,.
В связи с большим разнообразием форм клапанов (или различного рода регуляторов) дать универсальные рекомендации определения с для всех типов невоз- В трубопроводах потери напора такие же, как и в охлаждающем тракте; они складываются из потерь из-за трения о стенки трубопровода и местных потерь, т. е.
б.5. Арматура систем подачи 317 можно. Обычно величина с, для клапанов регулирующих устройств и дросселей оценивается по результатам проливки сходных конструкций. Гидравлическая характеристика системы Гидравлической характеристикой системы подачи будем называть зависимость потребного давления подачи (или напора) от расхода компонентов. В соответствии с равенством (6.12) необходимое давление подачи вычислим по формуле Рпод = Рх + с'Рф + ~~ 7З Р;, х х '"Рн Рпод Рвх Р Р Р (6.32) Согласно уравнению (6.1) имеем Рвх РЕ Рот схрвх + Р Р Р Р рвах о+кар, трхтlр 0 Рис.
6.23. Гидравлические характеристики системы подачи: а — зависимость давления подачи от т; 6 — напорная характеристика системы подачи где Лр, — гидравлические потери в системе из-за различных причин. При изменении расхода компонентов давление в камере р„в первом приближении будет меняться прямо пропорционально расходу, а изменение суммы Арф + 2.ЛР; можно полагать пропорциональным квадрату расхода. Суммируя значения р, и Арф + ч ~Лрв при различных расходах, получим гидравлическую характеристику Р„„=Я т ) (рис.
6.23, а). Величина необходимого напора, создаваемого насосом ЖРД, определяется как разность давления подачи и давления на входе в насос: Глава 6. Двигательные установки 318 откуда Н = Р"'л — (Рв + Р 1+ ~Рю' р) а (6.33) Величина рк /р + Р„/р не зависит от расхода компонента. Величина потеРь напоРа во входной магистРали Ьрвк /Р пРопоРциональна квадРатУ расхода. Суммируя все слагаемые правой части уравнения (6.33), получаем гидравлическую характеристику изменения потребного напора насосов в зависимости от объемного расхода Н = /(Д) (рис. 6.23, 6).
6.7. Системы управления и регулирования ЖРД Общие сведения ' Подробный анализ вопросов автоматического регулирования ЖРД см. в работах (32, 33). По задачам, стоящим перед системой управления, можно выделить две основные группы систем*: 1) обеспечивающие запуск и останов двигательной установки; 2) обеспечивающие поддержание заданного режима работы камеры двигателя и двигательной установки, а также переход с одного режима на другой. Устройства первой группы систем в значительной мере определяются выбранным способом запуска и останова двигательной установки (см.
8 5.4). Основные требования к этой группе устройств — обеспечение надежности запуска и останова, обеспечение заданного времени выхода на режим и времени полного прекращения работы установки при возможном изменении температуры агрегатов и условий работы двигательной установки. При этом важной характеристикой работы системы является время выхода на режим при пуске установки. Для двигателей баллистических ракет это время составляет менее 2... 3 с. Для двигателей ЗУР и антиракет время выхода на режим должно быть еще меньше.
Основные требования к устройствам второй группы систем управления— обеспечение надежной работы двигателя на заданном режиме, поддержание постоянных или заданных режимов тяги и соотношения компонентов. В зависимости от назначения ЖРД жесткость этих требований различна.
Ориентировочно можно считать, что для двигателей баллистических ракет система регулирования должна поддерживать заданную тягу с точностью до 2 'Ы, соотношение расходов компонентов, подаваемых в камеру, — с точностью до 6. 7. Системы управления и регулирования ЖРД 3!9 1,5;4 и в газогенератор — до 2 ',4, давление наддува баков — с точностью до 3 'Ъ. Для двигателей ЗУР требуемая точность поддержания тяги — до 2'Ь, соотношения расходов компонентов, подаваемых в камеру сгорания и в газогенератор, — до 2,5...3 ',4 и давления наддува — 3,5...4 ',4.
Эти требования приближенные и в каждом конкретном случае могут существенно изменяться. Рассмотрим основные способы регулирования тяги двигателя и некоторые возможные схемы регулирования работы всей двигательной установки. Способы регулирования тяги 2 Рис. 6.24. Схема изменения Рч, про фнлнрованной иглой: ! — игла; 1 — уплотнение иглы Регулирование тяги ЖРД необходимо как для сохранения постоянства тяги при изменении условий работы двигательной установки, так и для изменения тяги с целью обеспечения заданного режима полета ракеты. Возможные способы регулирования тяги получаем из уравнения тяги (1.12): Р = К,Р р„.
Мы видим, что тягу можно изменять, влияя на К„Р или р„; согласно уравнению (1.13) при данном топливе (т. е. при показателе процесса истечения у) изменять коэффициент тяги К, можно, только меняя отношение Е,/Р . Однако практически выполнить конструкцию, позволяющую изменять Р,/Р, сложно. Второй возможный способ регулирования тяги — изменение площади критического сечения Г„а, если разместить в критическом сечении профилированную иглу 1 (рис. 6.24). Перемещая иглу вдоль оси камеры, можно увеличивать или уменьшать Р . При этом обеспечивается возможность глубокого регулирования (т. е. большой диапазон изменения тяги). Главный недостаток этого способа — значительное усложнение конструкции, в первую очередь, из-за трудности в обеспечении охлаждения подвижной иглы.
Поэтому такой способ регулирования Р до настоящего времени распространения не получил. Изменять Р можно также, отключая одну или несколько камер многокамерного ЖРД. При этом обеспечивается сохранение характеристики работы каждой камеры. Такой способ позволяет изменять тягу в любом диапазоне. Недостаток его состоит в «ступенчатости» изменения тяги. Кроме того, при этом мы проигрываем в массе, так как 1 при уменьшении тяги выключенная камера становится балластом. Однако благодаря возможности изменения тяги двигательной установки в широких пределах этот способ находит применение в ряде случаев(например, в самолетных ЖРД).
Основным, наиболее распространенным, методом регулирования тяги явля- Глава б. Двигательные установки 320 ется изменение давления в камере сгорания р„путем изменения расхода компонентов. Этот метод дает возможность регулировать тягу в широком диапазоне изменений в 3 — 5 раз. В табл. 6.2 приведены различные способы регулирования тяги путем изменения давления в камере сгорания. Таблица 62 Способы регулирования тяги путем изменения давления в камере сгорания Способы регулирования Особенности способа регулирования 2.
Дросселирование расхода компонентов в камеру сгорания 3. Отключение части форсунок Аналогично и. 2. Возникает опасность п ога а головки Аналогично п. 2 4. Изменение перепада давления на о с ках 5. Закольцовка части расхода компо- нентов Реагирование быстрое. Лишняя затрата мощности ТНА для прокачки закольцо- ванного компонента Очень медленный процесс. Необходимо изменять давление наддува баков. Лишний запас прочности баков, т.
е. лишняя масса 6. Изменение давления в баках при вытеснительной подаче Реагирование быстрое. Ухудшение рабочих ха акте истик каме ы его ания 7. Изменение соотношения компонен- тов, подаваемых в каме его ения При необходимости изменения тяги до 10...15 % наиболее распространен метод регулирования тяги путем изменения числа оборотов ТНА. В качестве примера на рис. 6.25 приведена типичная схема регулирования тяги баллистической ракеты для обеспечения заданного режима полета ракеты. Входным сигналом является давление в камере сгорания р„(так как тяга пропорциональна давлению). От датчика давления 1 сигнал поступает в счетно-решающее контрольное устройство 2, где действительный режим полета ракеты 1. Изменение числа оборотов ТНА: а) изменение расхода рабочего тела на турбину при постоянной температуре; б) изменение температуры рабочего тела путем изменения соотношения асходов компонентов Реагирование быстрое.
Ухудшение рабочих характеристик двигательной установки вследствие работы ТНА на не- расчетных режимах. Способ а) более приемлем при открытой схеме, способ б) — п и замки ой Реагирование быстрое. Возможно и при вытеснительной подаче и при подаче с ТНА. В первом случае лишнее давление в баках, т. е. лишняя масса. При подаче с ТНА — непроизводительная затрата мощности ТНА б.
7. Системы управления и регулирования ЖРД 321 Рис. 6.26. Схемы систем управления соотно- шением компонентов; Рис. 6.25. Схема регулирования тяги ЖРД для обеспечения заданного режима полета ракеты: ! — датчик давления; 2 — счетнорешаюшее устройство; 3 — источник энергии; 4 — привод; 5 — дроссельные регуляторы; б — ЖГГ; 7 — турбина; 8 — насосы; 9 — камера а — система с замером уровней компонентов в баках; б — система с расходомерами; ! — камера; 3 — дроссельные регуляторы; 3 — ис- точник энергии; 4 — счетно-решающее устройство; 5 — датчик уровня топлива в баках; б — расходомеры сравнивается с заданным.
По имеющемуся рассогласованию режимов полета определяется необходимое изменение давления в камере сгорания (т. е. тяги). Сигнал от устройства 2 поступает на дроссельный регулирующий клапан (или клапаны) в системе подачи компонентов в газогенератор. Изменяется расход (или соотношение расходов) компонентов в ЖГГ б, соответственно изменяется подача рабочего тела на турбину 7 ТНА, изменяется число оборотов насосов 8 и подача топлива в камеру сгорания 9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
