Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 29
Текст из файла (страница 29)
ком зависимости термического к. п. д. от высоты. При заданном давлении в камере увеличение ~высоты соответствует уменьшению е. Высота выброса вставки определится той высотой, на которой происходит пересечение кривых изменения чп для двигателей с двумя значениями Ф и йп, соответствующими 1а и Уз ° Регулирование сопла при изменении тяги двигателя путем изменения расхода Двигатели, работающие с переменной тягой на счдной высоте полета, требуют другого способа регулаарования.
П е р в а я з ад а ч а регулирования таких двигателей состоит в том, чтобы поддерживать более или менее пос'гоянным давление в камере, так как значительное понижение ПпППпмчая игла давления в ней приводит к ухудшению процесса сгорания и возможности возникновения неустойчи. ного режима сгоранвя а даже затуханию горения в камере. Поэтому, если двигатель работает при пере- Фиг.69, Схема регулирования площади критименном расходе топлива, то для псддержа~ия по ческого сечения профилированной иглой. стоянного давления в камере надо соответственно расходу изменять величину критического сечения. Изменение критического сечения можно производить при помощи профилированной иглы, перемещающейся в сопле вдоль оси двигателя (фиг.
69). 150 Если регулирующая игла не доходит до выходного сечения, то изменяется только величина к~ритического сечения, а выходное сечение остается прежним, вследствие чего резкому колебанию подвержена степень уширения сопла. При рабдте двигателя на постоянной высоте это приводит к перерасширению в сопле. Отсюда вознмкает втор а я з ад а ч в такого регулирования сопла двигателя, при котором одновременно с изменением критического сечения.изменяется и выходное сечение.
Они изменяются так, что уШирение сопла остается постоянным. Для одновременного изменения критического и выходного сечений сопла необходимо делать иглу большей длины, но и в этом случае профилированием ее трудно получить постоянное отношение —. Л Укр Осуществить сопло с регулируемым критическим сечением оказалось очень сложно, так как много затруднений возникает из-за ~необходимости интенсивно охлаждать иглу и ее направляющие. При вводе иглы через головку камеры трудно осуществить надежное ее уплотнение. Регулирование критического сечения сопла в настоящее время осуществляют, применяя многокамерные двигатели.
Они немеют несколько камер сгорания, которые можно выключать, если надо уменьшить тягу и расход топлива. Во многих авиационных двигателях применяется двухкамерная конструкция. Известны также трех- и четырехкамерные двигатели. Применение ббльшего числа камер затрудняется вследствие значительного усложнения конструкции двигателя. Кроме того, при большом числе камер трудно осуществвть надежную работу двигателя в момент включения или выключения камер.
й ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖРД Под характеристикой какой-либо машины подразумевается зависимость показателей ее работы от условий, в которых она работае~г. Обычно про этом меняется только один какой-либо параметр, а остальные величины, характеризующие условия работы машины, остаются постоянными. Для ~КРД наиболее важнымн являются характеристики, показывающие зависимость тяги, удельной тяги, давления в камере от расхода топлива при постоянной высоте ра1бдты двигателя н от высоты при постоянном расходе. Зависимость тяги и удельной тяги двигателя от расхода топлива при постоянной высоте работы его:называется расходной, или дроссельнои, характеристикой. Зависимооть тяги и удельной тяги двигателя от высоты при постоянном расходе топлива называется высотной характеристикой. Для идеального двигателя этим и исчерпывается перечень возможных характеристик, а на реальном двигателе можно снять и некоторые другие, например, зависимость указанных выше вели- 151 Расходная характеристика Уравнение расходной (дроссельной) характеристики жидкостного ракетного двигателя можно получить из уравнения тяги, если считать, что скорость на срезе селла не зависит от величины расхода.
Такое предположение для идеального двигателя является вполне справедливым; в реальном двигателе скорость истечения может зависеть от ра~схода в основном за счет изменения давлениями в камере и связанных с изменением давления: качеством распыла, степенью диссоци~ации и другими ивнев существенными причинами. При авром предположении формулу тяги (1. 9) Р=0 ' +Уа(ра Ры) (1Ч.зо) можно преобразовать, воспользовавшись тем, что а 1Уй а1 ра=ар, и ра= — '= — . У А„) Для данного сопла давление на срезе его пропорционально расходу газа Ра= а ~/Кт.
Ор УкрАл Укр (1Ч. 31) Подставив (1Ч.31) в (1Ч.ЗО) и объединив коэффициенты перед 6, получим '=а( — "+ — '. Ч)-ЛР.. Укр (1Ч. 32) Величина, заключенная в скобки, не зависит от секундного расхода, так же как и произведение амари, поэтому уравненме характеристики имеет вид Р=А в"в — Б.
(1Ч. 33) Это уравнение является уравнением прямой линии, наклон которой к оси абсцисс определяется коэффициентом А мв + Ув врл мв 1 У~Б Ю Укр л (1Ч. 34) 152 чин (Р; Р„„р,) от состава топлива, от типа головки и т. д. Кроме того, ~вследствие затруднений, связанных с точным определением и поддержанием постоянного расхода при испытаниях двигателя, часто для расходной характеристики в качестве переменной величины принимают не расход, а пропорциональную ему величину давления в камере.
где В= — ор = сопз1. 1 Укр Значени~ А для данного топлива 1гем больше, чем больше величина гна и отношение —. га Укр Эта линия пересекает ось 0=0 на расстоянии — 7 р„от начала координат (фиг. 70). Прн изменении сопла, например, при увеличении уширения его —, возрастает величина тп„а также и — о так, что коэф- .Ь .га Укр Лр фициент А увеличивается и линия внешней характеристики проходит более круто, отрезая на оси 0=0 больший отрезок — Лргг. 1 — + е/сея Фиг. 11.
Расходные характеристики жидкостного ракетного двигателя, работающего на рааличных высотах. Фиг. 70. Расходные характеристики ЖРД с рааличными степенями расширения 3. Расходные характеристика двигателя с постоянным соплом на разных высотах будут представлять собой семейство параллельных прямых, отсекающих на оси 0=О отрицательные отрезки — ~аргг. Расходная характеристика двигателя, работающего в безвоздушном пространстве, пройдет через начало координат (фнг. 71). Расходная характеристика двигателя, работающего на земле, отсечет на оси 0=0 отрезок — 1аро, где ро — давление атмосферы на земле.
Следует напомнить, что расчетная формула, лежащая в основе у~равнени~я расходной характеристики, справедлива в некоторых пределах, так как при значительном уменыцении расхода по сравнению с расходом на расчетном режиме двигателя сопло станет работать в условиях, когда, скачок войдет внутрь его и используемые формулы перестанут быть справедливыми. Расходная характеристика, как было указано, может быть построена и по величине давления в камере. Высотная характеристика Высотная характеристика описывается уравнением силы тяги, в котором давление в окружающей среде руу ~будет переменным, а следовательно, и тяга двигателя станет переменной по высоте, Так как изменение внешних условий не влияет на сверхзвуковой поток, то скорость истечения шз остается неизменной и единственной переменной в уравнении силы тяги У = СУ вЂ” ' + У з (Рз — Рн) К будет величина руу.
На больших высотах тяга (и~ у~дельная тяга) стремится к своему верхнему пределу — тяге з |пустоте р„„п которая равна Ру 0 +Лрз К Полная сила тяги может быть представлена в виде Р-Р „— Узр„. (1Н. 35) С другой стороны, тяга на любой вьюоте может быть выражена через тягу на земле Р„которая всегда измеряется при стендовых испытаниях двигателя. Для этого в уран~ненни силы тяги прибавим и вычтем член 1зро, где ро — давление атмосферы на~ поверхнобти земли. Тогда ) =сз — +У Р У Р +Узр Узруу' так как тяга на земле будет равна Ро = су — '+ Уз (Рз — Ро) я то уравнение силы тяги примет вид )з = Узо+ Уз (Ро — Ро).
(1Н. 36) Уравнения (1Н. 36) и (1Н. 36) представляют собой два вида уравнения вьусотной характеристики. Высотная характеристика ЖРД с постоянньгм соплом показана на фиг. 72. Разность между тягой на земле и тягой в пустоте определяется величиной узро Эта разница будет тем большей, чем болнше выходное сечение сопла, т. е, больше у двигателей, имеющих чзеньшее о при всех остальных одинаковых условиях. Численно величина изменения тяги от земли до пустоты составляет от 10 до 20о/о тяги на земле.
Интересно проследить, как расположатся высотные характеристики двух двигателей, отличающихся толька различными степенями расширения 8. Сравним два таких двигателя, из которых вто- М4 рой имеет меньшую, чем первый, степень расширения, а следовательно, бблыпую расчетную высоту (Нп ) Н'). Если все остальные условия неизменны, т. е. расход топлива и размер критического сечения сопла одинаков для обои~х двигателей, то скорость истечения для второго двигателя будет большей, чем для первого.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
