Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 52
Текст из файла (страница 52)
По пересечению линии полного теплосодержания, соответствующей полному теплосодержанию данного топлива 1, и изобары, соответствующей заданному давлению в камере сгорания рм находится точка, определяющая состояние продуктов в камере (точка 2 на фиг. 83), и могут быть определены значения Т, и 5». Линией изоэнтропического расширения в этой диаграмме будет вертикальная линия 5»=сопя(. Пересечение этой вертикали с изобарой заданного давления на срезе сопла ра даст точку 3, определяющую состояние продуктов сгорания на срезе сопла, т.
е. их температуру Та, удельный ооъем еа и теплосодержание 1„,. Затем расчет теоретической удельной тяги, секундного расхода топлива и проходных сечений сопла производится совершенно так же, как и при аналитическом расчете после определения температуры и состава продуктов сгорания в камере сгорания и на срезе сопла. Расчет проходных сечений может производиться по величинам удельных объемов продуктов сгорания, снимаемым с 1 5-диаграмм. В этом случае используется уравценне удельного проходного сечения 17* получаемое из уравнения расхода.
Скорость и находится по соответствующему перепаду Ь1и. Состояние газа в критическом сечении определяется точкой пересечения линии 5а=сопз( и изобары критического давления р„„ которое находится по формуле (П1. 52) "ив никак г'С г —, н каа и нг Фиг. 83. Схема теплового расчета ЖРД по г',5-диаграмме На некоторых 1„5-диаграммах наносятся дополнительные линии, облегчающие нахождение геометрических размеров сопла. 6 36. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ, ДАВЛЕНИЯ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ И СООТНОШЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА НА ПАРАМЕТРЫ ЖРД Влияние температуры К настоящему времени произведено большое число расчетов состава и температуры продуктов сгорания и теоретических удельных тяг. Рассмотрим основные результаты этих расчетов. На фиг.
84 приведен расчетный график изменения объемного содержания газов в продуктах сгорания керосина (С„=0,87, Н,=0,13) с кислородом при а=0,88 и давлении ра =10 ата в зависимости от температуры. В области относительно низких температур (300 — 2500' абс.) состав продуктов сгорания следует в основном уравнению константы равновесия реакции водяного газа без образования значительного количества каких-либо других продуктов диссоциации, кроме окиси 261 углерода СО и молекулярного водорода На. При этом с увеличением температуры быстро возрастает содержание в продуктах сгорания окиси углерода СО и водяных паров Н,О.
При возрастании температур сверх 3000' абс. происходит быстрое уменьшение содержания продуктов полного сгорания (трехатомных газов) за счет возрастания содержания двухатомных газов и в первую очередь окиси углерода СО. Менее значительно увеличивается содержание в продуктах сгорания других двухатомных газов Н,, Оа, ОН. Являясь продуктами диссоциации, они имеют в себе химическую энергию, снижая таким образом полноту выделения тепла в камере. Дальнейшее увеличение температуры сгорания сверх 3700' абс.
вы- г. 1 Оо О,З О,г О,1 устои Фиг. 84. Влияние температуры на состав продуктов сгорания. зывает диссоциацию и двухатомных газов (в первую очередь Н, и 0,) на атомарные. При очень больших температурах продукты сгорания будут состоять из атомарных Н и О, а также паров углерода С. Расчетная температура сгорания этой смеси составляет 3360' або., т. е. действительные температуры в камере сгорания находятся в той зоне, когда уже имеет место значительная диссоциация. Влияние давления в камере сгорания На графике фиг. 85 приведено изменение температуры продуктов сгорания в камере сгорания Т, и температуры на срезе сопла Т, в зависимости от давления в камере р„ для продуктов сгорания топлива керосин+жидкий кислород при а =0,8.
Давление на срезе сопла при этом остается постоянным и равным одной атмосфере. Из графика мы видим, что с ростом давления немного растет и температура сгорания Т,. Это происходит в силу того, что повышение давления понижает степень диссоциации (см.
8 12). Температура на 262 срезе сопла Тз с ростом р, понижается, так как при рз=сопз(=1 уменьшается степень расширения в сопле 8= —, а как известно, Рз Рз Т,=Т,( '— ") ""' ВлиЯние же на темпеРатУРУ Тз УвеличениЯ Тз с Ростом давлениЯ Рз мало по сравнению с влиянием отношения —. Рз Рз Таким образом, мы видим, что с ростом давления в камере растет и разность температур (Тг — Тз), а следовательно, растет и скорость нстече- т адс ния продуктов сгорания из сопла, так ~000 как (см.
~ 13) тз ' 20 С увеличением скорости истечения т, - т, растет и удеаьная тяга ЖРД, следова- 8000 тельно, с ростом давления в камере сгорания будет увеличиваться и удельная тяга ЖРД. За~внсимость удельной тяги от дав- тз ления в камере сгорания ЖРД прн постоянном давлении на срезе сопла рз для различных топлив показана на фиг. 86. Прн этом удельная тяга с увелиргением давления в камере растет по двум причинам. Первая, главная, при- 80 40 00 80 ~00 чина состоит в том, что в раосматривае- з -н мом случае с ростом рз уменьшается фиг.
ЗБ, Зависимость темпера- величина 3 'и возрастает термический туры в камере сгорания Тз и з-1 температуры на срезе Т, ат давления в камере сгорания рз. к. и. д. двигателя е1г=1 — 3 . Вторая (топливо кислород+керосин, причина роста Ргз состоит в том, что с возрастанием рз увеличивается выделение тепла в камере и растет температура Тз. Влияние второй причины тем заметнее, чем вьрше температура в камере и сильнее диссоциацня продуктов сгорания.
По этой причине давление более заметно сказывается на величине Р„, в случае более теплотворных топлив (сравнить мривые фиг. 88 для топлив кислород+керосин и кислород+спирт). Представляет также интерес характер зависимости от давле- Унр Рз ния величины комплекса параметров р= —.
Эта зависимость бр. также (для тех же топлив) показана на фиг. 88. Как следует из графиков, величина комплекса параметров р с повышением дав- 203 зги ад р- енаре Кислород + керосин Р— кесек та ке пс кесек Ра од Киспор +с трет 5п ив +и ероси гпп гп «п п вп гии р пто Фиг. 86. Зависимость удельной тяги Рта и комплекса параметров Укр' уъ от давления в камере сгорания для различных топлив бв (Р,=соим=! аги). Пунктирные линии — графики 6. ского сечения сопла при увеличении давления резко уменьшается— примерно по гиперболическому закону.
Основой этого является изве- стное соотношение 66с «р Так как 8 мало изменЯетсЯ пРи изменении Ра (см. фиг. 86), то, г„, пРи увеличении ра резко падает. В рассматриваемом случае дополнительное падение г, необходимого для достижения в двигателе заданной тяги, происходит из-за уменьшения потребного для этой цели расхода топлива Гг'. Падение потребного расхода топлива является следствием возРастаниЯ Удельной тЯги двигателЯ пРи Увеличении Ра. Уменьшение потребной площади критического сечения настолько значительно, что, несмотря на необходимость постоянного увеличения отношения — (с тем, чтобы при увеличивающемся давлении в каРа Рнр 264 ления очень медленно возрастает.
Возрастание величины р= герре = — и характеризует увеличение выделения тепла в камере 0х (см. ниже З 37) за счет. некоторого подавления диссоциации. Изменение давления в камере приводит также к изменению геометрических размеров сопла двигателя. Это влияние характеризуется графиком фиг. 87, на котором нанесена зависимость площадей критического (Р ) и выходного (гз) сечений сопла двигателя, развивающего тягу в 1000 кг.
При этом давление на срезе сопла остается постоянным и равным 1 ага. Как ~видно из графика, площадь критиче- мере сохранить давление на срезе, равное 1 ага), абсолютная величина Рз также значительно уменьшается, Таким образом, увеличение давления в камере. приводит к уменьшению всех размеров сопла; часто онс» г приводит и к уменьшению его веса. Рг Укр гсгк кг 180 гго Р кг ""' к ао 170 гао 1Бо гза мо гго го ео оо оо гао гоа Ма Р, ата Оа Оа 0,7 ОВ ОО г бае Фиг. 87. Изменение плошади Фиг. 88. Зависимость удельной тяги Р тк критического Ркр и выход- Р2'У р ного сечений Рз сопла в за- и комплекса паРаметРов 8 = —;.
от козфвисимости от давления в каме е (топливо к ело од-1- финиента избытка окислителЯ о (при Рг= =сопз1= 1). Пунктирные ли~нии — графики 3. Влияние соотношения компонентов топлива На температуру в камере сгорания и удельную тягу двигателя оказывает также влияние величина действительного соотношения компонентс1в в топливе т или коэффициент избытка окислителя аь Для обычных кислороде-углеводородных топлив ЖРД удельная тяга Р„и температура в камере сгорания Т, имеют максимальные значения (при прочих равных условиях) не при стехиометрическом соотношении компонентов (а = 1), а при недостатке окислителя (л(! или «(то).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
