Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Это объясняется тем,' что продукты сгорания углеводородных топлив при а(1 содержат ббльшее количество окиси углерода, которая хотя и является продуктом неполного сгорания, но в то же время сравнительно устойчива против дальнейшей диссоциации (см. фиг. 84). Вследствие этого при ш(1 затрата тепла на диссоциацию несколько умены)зается, что и приводит к увеличению температуры в камере. Кроме того, увеличение относительного содержания СО увеличивает газовую постоянную гс, что улучшает термический к. п. д. двигателя. По этим двум причинам удельная тяга имеет максимум при а!(1. В качестве примера на фиг. 88 представлены графики изменения удельной тяги для двух топлив: кислород+керосин и азотная кислота+керосин.
При этом все остальные параметры двигателя остаются неизменными. Эти графики показывают, что при больших температурах в камере (топливо кислород+керосин) влия'ние а на удельную тягу проявляется более определенно, а максимум удельной тяги соответствует меньшим значениям а. На этой же фигуре показаны зависимости величин комплекса 3= Р ~ от а. Эти гра6д фики свидетельствуют, что изменение удельной тяги в рассмотренном случае происходит в основном за счет изменения количества тепла, выделенного в камере.
й 37. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЪНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ДВИГАТЕЛЯ И РАСЧЕТ ДЕИСТВИТЕЛЪНОИ УДЕЛЪНОИ ТЯГИ Коэффициент удельной тяги Руд =9 ~ уд.теор ( у'(. 82) 266 Расчет теоретической удельной тяги учитывает только терыодинамические потери энергии, возникающие при осуществлении рабочего процесса в двигателе.
К этим потерям относятся следующие: — потери тепла, уносимого продуктами сгорания; они учитызао ются термическим к. п. д.; — потери тепла, связанные с диссоциацией продуктов сгорания 'в камере; они учитываются непосредственно при расчете теоретической температуры в камере сгорания с учетом диссоциации. Возврат части химической энергии в сопле за счет реакций рекомбинации учитывается тем, что процесс расширения описывается показателем изоэнтропы расширения п„.. Прочие же потери энергии (физическое недогорание в камере, не- учитываемый теплообмен, трение в сопле, отклонение процесса расширения 'от предельно равновесной схемы изоэнтропического расширения, наличие радиальных скоростей газа в сопле и т.
д.) в настоящее время теоретически не рассчитываются и учитываются путем введения двух коэффициентов ч„ и Р, (далее при расчетах будем использовать систему импульсных коэффициентов). Отметим, чтО благодаря высокой концентрации энергии в двигателе и большому значению термического к. п. д. ракетного двигателя роль указанных выше дополнительных процессов невелика, и коэффициенты Ф„и Р.
близки к единице. Экспериментальные коэффициенты получаются в результате сравнения действительных показателей двигателя с теоретически рассчитанными. Так, например, общее уменьшение удельной тяги как за счет потерь в камере, так и за счет потерь в сопле может быть определено путем сравнения действительной удельной тяги Р„ с теоретической удельной тягой Р„„ ,, подсчитываемой теоретически при тепловом расчете двигателя. Очевидно, что отношение этих удельных тяг является общим коэффициентом, учитывающим оба вида потерь. Этот коэффициент называется коэффициентом удельной тяги р. Очевидно, что коэффициент удельной тяги равен Ч=ч1к91 ('Ч1.
83) Для экспериментального определения 1р необходимо провести замер трех величин: абсолютной тяги двигателя Р, расхода горючего 6„ и расхода окислителя 6.. По этим величинам находится Р„,, Для того чтобы м~акио было произвести расчет теоретической удельной тяги, надо, кроме того, знать давление в камере сгора- ниЯ Р, и давление на сРезе сопла Рь Все измеРениЯ, свЯзанные с испытанием ЖРД, являются довольно сложными, так как производятся в условиях опыта очень малой продолжительности и по требованиям техники безопасности должны осуществляться дистанционно — на расстоянии. Однако измерения расхода компонентов, тяги н давления в камере могут быть сейчас произведены с достаточной точностью.
Мало освоены только измерения давления на срезе сопла. Таким образом, все данные для расчета Р„,, могут быть получены. Расчет теоретической удельной тяги практически приходится вести после испытания двигателя при замеренном давлении в камере и действительном соотношении расходов компонентов топлива й, Ч= — 1 о„ имевшем место при испытании двигателя. Это приходится делать, так как при испытаниях весьма трудно выдержать одновременно и заданное да1вление в камере и заданное соотношение расходов.
Давление на срезе сопла (если его величина не определяется экспериментально) принимается равным давлению окружающей среды или же принимается равным давлению, определяемому расчетом по формуле (111. 65) при ориентировочно выбранном заранее показателе изоэнтропы и„.. Таким образом, по результатам испытания находится коэффициент удельной тмги р.
Экспериментальное определение коэффициента камеры и коэффициента сопла (1р, и 1р,) ( ч'1. 84) 267 Расчеты и замеры, необходимые для экспериментального определения коэффициента удельной тяги, позволяют разделить потери в камере и в сопле. Такое разделение потерь полезно тем, что оно может указать пути для улучшения конструкции двигателя и позволит более сознательно выбирать значения коэффициентов. Для выяснения возможности ~выделения потерь в камере сгорания воспользуемся выражением (Н1. 60) Учр Э 7РТз 6.
А В этом выражении заменим величину 1сТ„принимая во внимание, что Т,= — и с„= — А)с, Ни Ср к — 1 откуда ь — ! иа рсТ = — — "—. к А Вводя полученное значение РТ, в (17!. 84) и обозначая постоянные члены через Б„, получим р=рк — ~=Б„~ГЙ„. Е (71. 85) Укр Комплекс параметров р,— имеет размерность удельной тяги а кг сея/кг и так же, как удельная тяга, пропорционален корню квад- ратному из величины энергии, затрачиваемой на ее создание.
Р2~кр Так как величина — включает в себя параметры двигателя, Ок характеризующие камеру сгорания (до критического сечения сопла), то уменьшение этой величины по сравнению с расчетной теоретической будет вызвано потерями энергии в камере, не учитываемыми расчетом. Потери в камере сгорания — это в основном потери процесса сгорания, поэтов(у величина комплекса параметров, полученных из эксперимента, может быть записана в виде — — = Б„)ГН„к! „,т1„.
(Ч1. 88) — — =Бк ~/Р,Ч,„,. ( ч'1. 87) Величина 8,, для данного топлива, имеющего вполне определенное значение Н„характеризует количество энергии, выделившейся в камере сгорания. В частности, графики изменения 8 ',в зависимости от давления в камере Рк и я (см, фиг.
86 и 88) свидетельствуют о характере изменения полно!ты выделения тепла в камере, связанной с потерями на диссоциацию, т. е., как это следует из выражения (Ч1. 87),— с величиной 3/ Ч„„,. 268 Как мы уже знаем, потери на диссоциацию учитываются при теоретическом расчете горения топлива в камере сгорания. Поэтому величина комплекса параметров, полученная из расчета, может быть представлена в виде Если сравнить выражения (Ч1. 86) и (ЧЕ 87), то из них путем деления легко можно получить величину ЛУкр б теор [ (Ч!. 88) где )сук — импульсный коэффициент камеры.
Величина 2тя в соответствии с введенной ранее системой к. п. д. (см. 5 19) будет учитывать только потери, связанные с физической неполнотой сгорания и трением 'в камере сгорания, Величина т9„, следовательно, может быть определена из сопостав- ления данных теплового расчета и испытаний двигателя. При этом ЭКСПЕрИМЕНтаЛЬНОЕ ОПрЕдЕЛЕНИЕ 8 ,=~ Р' кр ~„, НЕ трЕбуЕт ПОСтаНОВР2ткр ки каких-либо дополнительных измерений, кроме тех, которые необ- ходимы для определения Р„. Теоретический расчет величины 8,,, целесообразно проводить при О, ЭКСПЕРИМЕНтаЛЬНО ОПРЕДЕЛЕННЫХ Рв, 6 И т= — ', В СВЯЗИ С ЧЕМ ВЕЛИЧИ- бт ны рк и 62 в формуле (Ч1. 88) могут быть сокращены и Чв, приобретет простую форму: Укр. век т9к = ° .т кр.теор (ЧЕ 89) 'т (Ч!.
90) Р2теор т. е. в этом случае коэффициент камеры представляет собой отношение действительного давления, полученного в камере сгорания, к теоретическому, которое должно была иметь место при заданных расходах компонентов и величине критического сечения сопла. Если при испытании двигателя выдерживается заданное давление, то Ретеор Рквкс и для ср, мы получаем формулу ~теор 'те а,, (ЧЕ 91) 269 т. е. определяется отношением действительной площади критического сечения испытуемого двигателя к площади этого сечения, рассчитанной теоретически при заданных давлении ре, расходе топлива бе и соотношении компонентов т. Если при испытании ЖРД на стенде выдержать заданный режим по расходу, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
