Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 32

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 32)

В первом случае образуется в основ- ном трехатомная молекула НаО, а во втором двухатомная НР. При етом, несмотря ~на значительно более высокую температуру сгорания топлива фтор+ водород (4980 против 3650' абс.), потери на диссоциацию для него примерно такие же, как и для топлива кислород+ +водород (29,6 и 27'/о). Таким образом, второе условие получения высокой удельной тяги — малые потери на диссоциацию продуктов сгорания— выполняется в том случаете, если продукты сгорания топлива имеют большую весовую теплоемкость и малое число атомов в молекуле. Т р еть и м условием получения большой удельной тяги в ЖРД является хорошее протекание процесса расширения.

Качество этого процесса определяется ~в основном величиной термического к. п. д. тЬ. Как видно из табл. 3, газы, имеющие малое число атомов в молекулах, особенно прв тех высоких температурах, которые характерны для камер ЖРД, обладают болыпим значением показателя адиаба~ы я. Это в свою очередь, как следует из графика изменения термического к. п. д. яь при~веденного на фиг.

63,.способствует (при данной величине перепада давления) более полному превращению тепловой энергии в работу расширения. Следовательно, при одинаковом запасе тепловой энергии в продуктах сгорания удельная тяга топлива, имеющего продукты сгорания с малым числом атомов в молекулах, в соответствии с формулой (1Ч. 10) будет большей.

Кроме рассмотренного выше влияния числа атомов в молекуле, на качество протекания процесса распмгрения сильное влияние оказывает физическое состояние, в котором находятся продукты сгорания в камере ЖРД. Процесс, расширения, приводящий к быстрому превращению тепловой энергии в механическую работу, совершается только в газообразных телах. Использование тепловой энергии жидких и твердых веществ и превращение ее в работу расширенная возможно только путем отдачи этой энергии расширяющемуся газу. Однако процессы теплообмена, необходимые при тако~м способе использования тепловой энергии, протекают значительно более медленно. Поэтому наилучшее физическое состояние продуктов сгорания в камере сгорания и в сопле — газообразное.

Во всяком случае, хотя бы часть продуктов его. рани~я в двигателе должна находиться в газообразном состоянии, без чего вообще невозможно осуществление процесса, расширения. Поэтому выполнить третье условие получения большой удельной тяги можно только тогда, когда продукты сгорания (или в худшем случае ~ хотя бы их часть) имеют относительно низкую температуру кипения — более низкую, чем минимальная температура продуктов сгорания в камере двигателя. Малые потери на.

диссоциацию и хорошее протекание процесса расши~рения в камере ЖРД, как мы видели выше, достигаются в том случае, если продукты сгорания топлива имеют определенные свойства. Эти свойства (малый молекулярный вес и малое число 164 атомов в молекуле, низкая температура киненвя) можно назвать термодинамическими свойствами продуктов сгораееия. Влияние последних на повышение удельных тяг не менее велико, чем значение большого запаса хи~мвческой энергии в топливе, Таким образом, можно окончательно сформулировать основные требования к топливам в следующем ниде: боль ш ой з а п а с х имической энергии, хорошие термодинамические свойства продуктов сгорания и высокий удельный вес топлива. Следует сказать, что оценка степени выгодности того ил~в иного ракетного топлива весьма затруднительна, особенно потому, что удельная тяга н удельный вес топлива по-разному влияют на конечную скорость ракеты.

Иногда для учета совместного влвянвя на качество топлива теплотворной способности и удельного веса пользуются величиной их произведения К,=Н,Т, ккал(л, где Т, †удельн вес топлива. Величину К называют теплопвотностью'. По своему физическому смыслу она представляет собой концентрацию энергии в литре объема баков. Так как теплотворная способность еще далеко не характеризует удельную тягу, то более логвчно считать оценочным параметром произведение Р'„,=Р„п Те кгсск/л, которое по своему физическому смыслу представляет импульс, снимаемый с единицы объема баков.

Однако и эта величи1на мало пригодна для окончательной оценки топлива, тем более, что на свойства рамет различноГо назначения 1дальннх, ~близких, зенитных и т. д.) величины удельной тяги и удельного веса сказываютоя весьма разлвчно. Не получили широкого распространения в другие более сложные комбинированные оценочные параметры. В ответственных случаях предпочитают производить пря~мые баллистические расчеты наиболее важного выходного параметра ракеты (например, дальности или высоты полета) на разных топливах с целью выявления наиболее оптимального для да~нных условий топлива. Такой способ дает более точные результаты, но весьма,громоздок и не лишен |недостатков, особенно в связи с тем, что при баллистических расчетах приходится приближенно принимать значения многих параметров, как, например, значения веса различных узлов ракеты и двигателя, которые не могут быть заранее рассчитаны теоретически: Конструктивные требования к топливам Кроме перечисленных выше основных требований, к компонентам топлив ЖРД предъявляется ряд требований, выполнение которых необходимо для упрощения конструкции и достижения надежной работы двигателя.

Перечислим вахеневшве из них, ' Г. Ф. Кнорре, Топочные процессы, Госенерюпздап 1951. 1. Требования, вытекающие ив условий охлажденная двигателя. Для того чтобы осуществить надежное охлаждение двигателя, по крайней мере один из компонентов топлива должен иметь следующие свойства: а) высокую температуру кипения 1 .'С; б) большую величину теплоемкости с ккал/кг 'С, При выполнении этих условий увеличивается количество тепла, которое до начала кипения может воспринять один килограмм компонента.

Это количество тепла называется тепловосприимчивостью комтюнента топлива и равно с(1, — 1,), где 1в — температура входа компонента в охлаждающую рубашку двигателя. Кроме того, компонент, используемый для охлаждения, не должен при перегреве разлагаться или давать нагар, так как в проти~вном случае ухудшаются условии отвода тепла к жидкости и,может произойти прогар стенки камеры н сопла.

2. Требования, вытекающие из условий подачи компонентов в камеру и из условий омесеобразования: а) вязкость компонентов должна быть возможно меньшей, так как при этом уменьшается гидравлическое сопротивление системы подачи,и затрата энергии на осуществление подачи; б) изменение вязкости компонентов с температурой должно быть минимальным и по возможности одинаковым для обоих компонентов.

Особенно нежелательно увеличение вязкости (загустение) компонента при низких температурах. При выполнении этого требования облегчаются условия работы системы подачи двигателя и обеспечивается сохранение режима двигателя при различных температурных условиях; в) объемные расходы обоих компонентов должны быть по возможности близки друг к другу.

В этом случае число форсунок горючего и окислителя получается примерно одинаковым, что позволяет более равномерно распределять компоненты топлива между собой, т. е. облегчает организацию смесеобразования в'двигателе (см. гл. ЧП1). 3. Требования, вытекающие из уоловий воспламенения и сгорания: а) для того чтобы обеспечить быстрое протекание сгорания в камере ЖРД, топливо должно обладать способностью быстро сгорать. В то же время большая скорость горения топлива не должна приводить к взрывному горению его — так называемой детонации, ибо в этом случае происходит разрушение двигателя.

Топливо также не должно способствовать возникновени~ю вибрационного горения в камере ЖРД, т. е. горения, при котором давление в камере периодически меняется (см. ниже, гл. Ъ"П1); б) топлива ЖРД могут быть самовоспламеняющимися, т. е. воспламенякицимися прн соприкосновении, и несамовоспламеняющимися, т.

е. требующими постороннего источника зажигания. 166 Требования к ним несколько различны. Для неса~мовоспламеняющихся топлив необходимы: — малый период задержки воспламенения, т. е. малый период, протекающий от момента поджигания смеси до ее воспламенения', — возмсокно более ~низкая температура воспламенения. Для самовоспламеняющихся топлив: — малый период задержки самовоспламенения, т. е. малый период времени, протекающего от момента соприкосновения жидких компонентов до их самовоспламенения.

Выполнение этого требования облегчает условия запуска~ двигателя, препятствуя накоплению в камере сгорания взрывоопасной, хорошо подготовленной к сгоранию смеси компонентов топлива. Эксплуатационные требования к топливам Условия эксплуатации ЖРД также предъявляют к компонентам топлива ряд требований. Основные из этих требований перечислены ниже: 1. Химическая и физическая стойкость компонентов, позволяющая хранить их ~продолжительное время без особых предосторожностей. 2.

Отсутствие опасности взрыва. Именно из-за большой взрывоопасности унитарные топлива до настоящего времени не нашли достаточного применения в ЖРД. 3. Отсутствие ядовитых свойств. Применение в двигателях топлив, вредно действующих на организм человека, сильно усложняет эксплуатацию ЖРД. При работе с ядовитыми компонентами необходимо строгое соблюдение всех правил техники безопасности, так как малейшее нарушение их может привести к тяжелым последствиям.

4. Слабое воздействие на конструктввные материалы. Применение в ЖРД агрессивных компонентов вызывает необходимость применять в конструкции дорогостоящие некорродирующие материалы и металлы, что сильно удорожает стоимость всей двигательной установки. Кроме того, применение агрессивных компонентов создает дополнительные трудности при их транспортировке и хранении.

5, Низкая температура застывания и высокая температура кипения, обеспечивающие надежное и не требующее особых условий хранение и использование ракет и топлив в заданном диапазоне изменения те~мпературы окружающей среды. Кроме того, компоненты топлива должны быть дешевы, их изготовление должно быть обеспечено широкой сырьевой и промышленной базой.

Характеристики

Список файлов домашнего задания