Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Как видим, условия работы реального ЖРД в основном очень близки к тем, которые приняты в наших предположениях, поэтому формула (1. 9) дает достаточно точное значение величины тяги. Удельная тяга Формула (1. 9) определяет абсолютную величину реактивной тяги двигателя. Однако абсолютная величина развиваемой тяги не характеризует степени совершенства работы ЖРд. Качественным показателем работы ЖРД является удельная тяга. Под удельной тлеой Р„понимается тяга, приходящаяся на 1 кг/озк расходуемого топлива.
Для вычисления удельной тяги надо полную тягу двигателя разделить на общий секундный расход топлива Р Р УД б нли = — + (Рз-рн) мз Уз (1.12) „атель, как пРавило, находитсЯ внУтри оболочки Ракеты илн обтекателя, составляющего одно целое с оболочкой ракеты. Поэтому сила сопротивления перемещению двигателя в атмосфере никогда не рассматривается самостоятельно, а включается в аэродинамические сиды, действующие на летательный аппарат в целом. Следует отметить, однако, что характер обтекания ракеты, а следовательно, и величина аэродинамического сопротивления ее довольно значительно изменяется в зависимости от того, ~работает двигатель или нет.
Если двигатель не работает, то за соплом образуется область разрежения, т. е. область отрицательных давлений, которая создает значительное сопротивление движению ракеты. Это дополнительное сопротивление называют донным сопротивлением. При ра. ботающем двигателе зона разрежения ликвидируется, так как она заполняется продуктами сгорания, вытекающими из сопла, и сопротивление движению ракеты уменьшается, Влияние двигателя на сопротивление ракеты тем меньше, чем~ меньше плотность атмосферы. Оно уменьшается с высотой, так что иа больших высотах, где плотность воздуха незначительна, влияние аэродинамических сил на полет ракеты и силу тяги практически исчезает. Удельная тяга выражается в кгсек/кг.
Удельную тягу иногда называют также удельным импульсом. Если считать, что давление газа на срезе сопла равно давлению окружакяцей атмосферы, т. е. Рз=рн, то окажется, что удельная тяга зависит только от скорости истечения (! .13) откуда и' тсь+ Л (Рз ~рн) (! .14) Тяга и особенно удельная тяга в пустоте являются величинами, не зависящими от давления. окружающей йтмосферы, т. е. величинами, характеризующими только двигатель. Поэтому тяга и удельная тяга в пустоте часто используются для оценки ракетного двигателя.
Удельная тяга в пустоте Р„, для современных двигателей равна 220 — 250 кгсек/кг. Можно ожидать в ближайшем будущем ее увеличения до 260 — 300 кгсек/кг. Реактивные двигатели часто характеризуются величиной у д е л ьн ого р всхода топлива С,„. Удельным расходом топлива называется такой расход топлива за 1 час работы двигателя, который необходим для того, чтобы в течение часа д~вигатель непрерывно развивал тягу в 1 кг.
Таким образом, С С гл р где С вЂ” полный расход топлива за 1 час работы двигателя, необходимый для создания силы тяги Р кг. Так как Р=Р„,С, а С=О 3600, то С вЂ” = — кг/час кг. С ЗООО гд р р УЛ Ф (1 .15) Так .как Р=Р„,О, то, очевидно, чем больше удельная тяга, тем меньший расход топлива необходим для получения заданной тяги. Поэтому всегда следует стремиться получить возможно большую удельную тягу. Удельная тяга в значительной мере зависит от рода топлива и для каждого данного топлива от качества организации рабочего процесса в камере двигателя.
Так как удельная тяга примерно пропорциональна скорости истечения, то двигатели и топлива часто характеризуются не величиной удельной тяги, а величиной скорости истечения. Скорость истечения в современных ЖРД составляет 2200 —:2700 м/сгк. Наличие в полном выражении удельной тяги (1. 12),' двух разнородных величин: скорости и сил статического давления не всегда удобно в расчетах, поэтому иногда в рассмотрение вводят э ф ф е к.
тивную скор ость истечения и„которая определяется из следующего соотношения: р ~~с мь + Уэ(ра Рн) я ~ а. Иногда, особенно для оценки расхода топлива жидкостными ракетными ными двигателями, работающими малые промежутки времени, в личина С„, выражается величиной секундного расхода топлива, необходимого для непрерывного создания тяги в одну тонну, т. е. в кг/сек. т. Очевидно, что в этом случае С вЂ” «г/се«. т. 1000 гл Уд (1 .16) Вследствие того что ЖРД использует окислитель, находящийся на борту ракеты или другого летательного аппарата, удельный расход топлива жидкостным ракетным двигателем довольно велик.
Так, например, при удельной тяге ЖРД в 250 кгсек/кг удельный расход топлива составит 14,4 кг/час. кг или 4 кг/сек т. й 4, РеАктивиыЙ двиГАтель — двиГАтель пРямОЙ РеАкции Двигатели прямой и непрямой реакции Различные виды двигателей прямой реакции 1(роме жидкостных двигателей, к двигателям прямой реакции относятся также в о з д у ш н о-р е а.к т и в н ы е д в и г а т е л и (ВРД) разныхсистем и пороховые ракетные двигател и (ПРД). Позна ознакомимся кратко с работой и использованием реактивных двигателей этих типов. 1$ Мы знаем, что реактивная сила жидкостного ракетного двигателя создается вследствие увеличения количества движения массы продуктов сгорания, протекающей через двигатель.
В этом отношении ЖРД работает совершенно так же, как работают другие движители: например, винты самолета или корабля. Однако между этими аппаратами есть существенная разница. Винт — двпжитель винтомоторной установки самолета должен получать механическую работу, необходимую для ускорения потока воздуха и создания силы тяги от другой машины — двигателя. Так как сила реакции, создаваемая движителем за счет работы двигателя, приложена не к двигателю, а к движителю и создается за счет ускорения и увеличения количества движения посторонней для двигателя массы, то винтомоторная установка может быть названа двигателем непрямой реакции.
В противоположность этому в жидкостном ракетном двигателе рабочим телом двигателя и движителя являются одни и те же продукты сгорания топлива. Сила тяги получается непосредственно без каких-либо промежуточных устройств. Таким образом, жидкостный ракетный двигатель представляет собой машину, совмещакпцую в себе тепловой двигатель внутреннего сгорания и движитель. Такие машины называются двигателями прямой реакции. Воздушно-реактивные двигатели отличаются от ЖРД тем, что для сжигания горючего в них используется не жидкий окислитель, а воздух, забираемый в двигатель из окружающей атмосферы.
Фиг. а. Схема турбореактивного двигателя, / †центробежн кампрессср, 2 †каме сгорания, а †турби, Š— реактнанае сопле, На фиг. 8 и 9 представлены схема и внешний вид тур бар е а ктивного двигателя (ТРД). Предварительное сжатие воздуха, поступающего в двигатель, происходит вследствие частичного торможения потока в набегающей Фиг.
9, Внешний вид турбореактивного двигателя. Псэнцнн те же, что «а фкг. И. струе за счет использования скоростного напора. Затем воздух поступает через входные патрубки в центробежный компрессор 1, где его давление поднимается до величин, в 4 — 5 раз больших, чем 16 в окружающей атмосфере. Сжатый воздух направляется в камеру сгорания 2 (их на двигателе может быть несколько), куда впрыскивается горючее (обычно керосин) н где происходит сгорание. Нагретые газы проходят через турбину 3, где частично расширяются (до давления, большего, чем давление в атмосфере) и отдают работу колесу турбины, сидящему на одном валу с колесом компрессора.
Турбина служит только для привода компрессора, и вся ее работа, за вычетом небольших механических потерь и относительно малой мощности, расходуемой на привод вспомогательных агрегатов, затрачивается на сжатие воздуха. Фнг, 10. Беспилотный самолет-снаряд на пусковой установке. Дальнейшее расширение продуктов сгорания происходит в реактивном сопле 4.
Скорость газа на выходе из сопла значительно возрастает. Тяга двигателя определится разностью количеств движения на входе и на выходе из него. Наряду с центробежными компрессорами в ТРД применяются также и осевые компрессоры, в которых можно достичь значительно большего повышения давления воздуха. Вследствие того что в ТРД используется в качестве окислителя воздух атмосферы, на борту летательного аппарата размещается одно только горючее, расход которого значительно меньше, чем расход топлива в ЖРД, Удельный расход горючего в современных ТРД составляет 0,8 —;1,2 клаас кг.
Т б урбореактивные двигатели имеют в настоящее время широкое Р Р странение; они устанавливаются на самолетах скоростной раси ест авиации, ц , а также на беспилотных самолетах-снарядах. 2 г. н. синя. ииятии и М. В. доароияиьсииа 11 На фиг. 10 показан внешний вид беспилотного самолета-снаряда, который имеет дальность 800 — 900 км и скорость полета около 1100 км/час. Прн очень больших скоростях полета летательного аппарата в конструкции воздушно-реактивного двигателя можно обойтись без компрессора, сжимающего воздух, а следовательно, и без турбины, вращающей его. Необходимое сжатие воздуха получается только за счет скоростного напора, набегающего на двигатель потока воздуха.
Таки~е двигатели называются бескомпрессорными ВРД. Различают два типа бескомпрессорных ВРД: прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД) или пульсирующие воздушно-реактивные двигате- ли (ПуВРД). 4 .т Схема дозвукового прямоточного воздушно- реактивного двигателя приведена на фнг. 11. Воздух из атмосферы частично тормозится в набегающем потоке, вне двигателя н поступает в Фиг. 11. Схема дозвукового пРямоточного д фф р д л воздушно-реактивного двигателя (ПВРД). где происходит дальне- пр исходит дальней- С вЂ” диффуаор. т — иаыера сгораиип, а — сопло. Е- распылители горючего. Статическое давление воздуха повышается. Сжатый воздух направляется в камеру сгорания 2, куда также впрыскнвается горючее. Из камеры сгорания продукты сгорания поступают в сопла 8, где расширяются и приобретают большую скорость, создавая тягу двигателя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
