Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Следовательно, повышение давления за соплом не сможет повлиять на течение газа в сопле и на его состояние в камере сгорания. Условия рассмотренного нами выше мысленного опыта совершенно аналогичны ус1аовиям, возникающим при изменении высоты, на которой работает двигатель, Он объясняет и то кажущееся на первый взгляд несколько странным явление, что давление в камере сгорания не зависит от давления в окружакяцей среде.
Отметим только, что этот вывод действителен иск'.тючительно для звуковых и сверхзвуковых сопел. Экспериментальные исследования работы сопла в условиях пере'; расширения показали, однако, что работа сопла на этом режиме без ; отрыва потока от стенок возможна только до определенных минимальных давлений на срезе сопла. Считают, что при падении давления на срезе сопла до величи~ны, меньшей, чем 0,4 —:0,2 (в зависимо.- сти от профиля сопла) от давления в окружающей среде, нормальный режим перерасширения нарушается, происходит отрыв потока от стенок сопла и часть сопла становится неработающей.
Естественно, что все наши формулы, выведенные из условий, что работает все сопло, перестают быть с этого момента годными, так как вместо выходного сечения сопла в них должна входить площадь того сечения, в котором поток отрывается от стенок. й 22. ТЕРМИЧЕСКИЙ К. П. Д.
ЖРД С ПОСТОЯННЫМ СОПЛОМ НА НЕРАСЧЕТНЫХ РЕЖИМАХ Потеря работы цикла при нерасчетных режимах Как было показано выше, двигатель может работать на нерасчеаных режимах двух типов: иа режиме недорасширения, когда давление на срезе сопла больше давления в окружающей среде, т. е. Рз)Рь, и на Режиме пеРеРасшиРениЯ, когДа давление на сРезе сопла меньше давления в окружающей среде, т. е. рз(рь. Работа двигателя на нерасчетиых режимах иллюстрируется рисунками на фиг. 64, относящимися к работе двигателя при одних н тех же начальных условиях на входе ~в сопло. При недорасширении иэ-за малого выходного сечения сопла не используется возможность расширения продуктов сгорания от давления в камере до давления в атмосфере„и цикл, соответствующий данному случаю, получит вид, представленный на фиг. 64,б.
При этом работа цикла при |недорасширении будет меньше, чем она была 146 бы при расширении до давления, равного давлению окружающей среды, на величину площади 3 сЫ, которая и выражает собой потерю на недорасширение. УхУдшитсЯ пРи этом н теРмический к. п. Д. иДеального Цикла а1ь ААц равный —. и„' При увеличении недорасширения, например, при понижении давления окружающей среды до рн„работа цикла увеличится, но и потеря за счет недорасширения увеличится и будет определяться тлощадью Зс'Н'.
При -этом термический Р к. и. д. идеального цикла Р-Р >о Р=Р, Р Рн возрастет по сравнению с т1'„ Р-Р сБ и но будет меньше, чем он был -~- бы при полном расши~ренин Р до Р=Рвс Цикл при условиях перо расширения приведен на фиг. 64,в. Как видно из диаграммы этого цикла, в случае перерасширения возникает отрицательная работа цикла, выражаемая площадью ее'Ы, которая вычитается из положи ВИГ. 66. ВЛИЯНИЕ ИЕРЕРаЕГДИРЕИН На тягу двигателя. тельной площади цикла 12Зе'.
При этом работа цикла в случае перерасширения меньше работы цикла на расчетном режиме на величину площади сЗг1. Отрицательное влияние перерасширения на работу ракетного дви~гателя, приводящее к уменьшению удельной тяги, легко показать также следующим образом. На фиг. 66 приведен график распределения разности внутреннего давления р .и наружного (постоянного) давления Рц по длине сопла двигателя. Как легко видеть, при вознвкновении режима перерасширения Разность давлений за сечением, где Р=ргг, становнтси отРинательной, т.
е. дает составляющую, направленную против силы тяги. Это и приводит к уменьшению в рассматриваемом случае тяги и удельной тяги. АЕц Термический к. п.д. идеального цвкла, равный —, при этом и< ' будет меньше, чем он получился бы при расширенви до давления в окружающей среде. Так как работа цикла и при недорасшнренни и при перераоширении меньше, чем работа его на соответствующем расчетном режиме, то всегда наиболее выгодной будет работа двигателя на расчетном режиме.
1О* 147 Прн этом термический к. п.д., являющийся отношением Ай„к одной и той же для всех рассматриваемых случаев величине Й„, будет также иметь наибольшую величину при работе двигателя на соответствующем расчетном режиме. Поэтому для получения максимальной величины удельной тяги желательно, чтобы двигатель всегда работал на расчетных режимах. Изменение тд» двигателя с постоянным соплом при изменении в Раньше было прказано, что при изменении высоты и при изменении расхода топлива происходит изменение степени возмоятното расширения в без изменения степени расшнрения в сопле 3.
Поэтому следует рассмотреть изменение тт» двигателя именно прн этих условиях. С этой целью преобразуем формулу (1Ч. 24) »г-1 1 — Г Е "'»» 1 3 ~(й 1) + 1~ а ~ д к следующему виду: в-1 1 1 — „— „а-1 ч»=1 — — 3" — 3 ":в=А — Вв, а а (1Ч. 28) где Ф-1 А 1 — — 3 "; в 1 В=3 ° ' — '. ~ Ф (1Ч. 29) тд»тт = 0,495 — 1,26 в. Значения Ч», вычисленные по этим формулам, приведены на графи"ке фиг. 61. !48 Полученное соотношенйе свидетельствует о том, что зависимость Ч» от в для двигателя с постоянным соплом является линейной. Максимальное значение к. и.
д. будет иметь место прн в -».О, т. е. на больших высотах, Это максимальное значение к. п. д. возрастает с уменьшением степени расширения в сопле. Однако уменьшение 3 приводят к более резкой зависимости термического к. п. д. от величины в, так как прн этом возрастает значение коэффициента В. Такое сопло будет, очевидно, более чувствительным к изменению величины в (высоты или расхода топлива). В качестве примера влияния степени расширения сопла нн зависимость термического к.
п. д. от в рассмотрим два случая: пусть сопло 1 имеет 3' =0,02; сопло Н твмеет 3»» =0,10; соответствующие формулы для термического к. п. д. при»» = 1,25 прижмут вид ч»'=0635 — 4,5 в; Из фиг. б7 мы видим, что линия т1г=1(а) сопла с о=0,02 проходит более круто, чем т1г сопла с 8=0,10, т.
е. сопло 7, имеющее меньшую степень расширения, более чувствительно к изменению а. Выявленная здесь зависимость А'= г2 т1г от параметров работы двига- 0Ф тела свидетельствует о необходи- ма мости внимательного выбора сте- .0г0 пени расширения сопла, если параметры работы двигателя (рас- 02 ход, высота работы) будут переменными. При этом сопла с малыми сте- 0 003 00о 000 000 0уа пенями расширения 3, т.
е с боль- фиг зт, Изменение термического уз к п л (еп) в зависимости от измешим ОтНОШением — ', являются пения степени возможного расширении ука в сопле е лля лвигателея, имешших более чувствительными к измене- различные значения степени расширению условий работы двигателя, и ния в сопле 6. выбор размеров таких сопел в зависимости от условий работы следует производить наиболее тщательно. Так как время работы на различных режимах по тяге и высоте зависит в основном от траектории полета того или иного реактивного аппарата, то выбор размеров постоянного сопла можно производить только для конкретного реактивного аппарата.
й 23. РЕГУЛИРОВАНИЕ СОПЛА ЖРД . Раньше было показано, что жидкостный ракетный двигатель легко попадает в нерасчетные условия работы, что приводит к ухудшению использования энергии в двигателе. В связи с этим возникает вопрос о способах регулирования сопла двигателя с целью сох~ранения при всех условиях его работы расчетного режима или, во всяком случае, обеспечения возможно большего приближения действгегельного режима сопла к расчетному. При изменении высоты и при изменении тяги двигателя путем изменения расхода топлива требуются различные способы регулирования сопла. Регулирование сопла при изменении высоты Если двигатель работает при постоянном расходе топлива, но на различных высотах, то регулированию подл~ежит только выходное сечение сопла с целью сохранения на всех высотах давления на срезе сопла, равного давлению окружающей атмосферы.
При этом с подьемом ага высоту выходное сечение должно увеличиваться. Такая механизация сопла в ЖРД чрезвычайно затруднена, так как при высоких температурах стенок сопла трудно обеспечить надежную работу подвижных механических деталей, которьье можно было бы использовать для изменения размеров выходного сечения. 149 Значительно проще выполнить сопло, имеющее две степени расширения, по схеме, приведенной на фиг. б8. При работе на малых высотах поток газа выбрасывается через цилиндрическую вставку с площадью Д (Д', которая обеспечивает относительно небольшой перепад давлений, соответствующий высокому давлению в окружающей среде.
По мере подъема на высоту двигатель со вставкой будет работать в условиях все возрастающего недопасширения, и когда, наконец, это е,', недорасширение станет невыгодным, вставка выбрасывается и сопло начинает работать с использованием всего выходного сечениЯ Гап . Высота, на которой необходимо выброФиг. 68 схема сопла со вставкой, сить вставку, легко может быть найобеспечивающей две степени рас- дена, если воспользоваться графиширення.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
