Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 76
Текст из файла (страница 76)
151). При этом амплитуда колебаний давления в камере достигает весьма значительных величин. В соответствии с изменением давления в камере сильно изменяется и тяга двигателя. Колебания в величине тяги не только ухудшают условия работы двигателя, но, естественно, передаются. на конструкцию ракеты и усложняют условия работы ее деталей и узлов на прочность. Кроме того, колебания силы тяги вызывают колебания конструкции ракеты и, что особенно опасно, нарушают нормальную работу приборов управления. Таким образом, возникновение вибрационного горения в ЖРД приводит к вредным последствиям, а так как режим вибрациодного горения устранить совершенно очень трудно, то по крайней мере интенсивность вибраций должна быть сведена к минимально возможной величине. При более подробном исследовании явления вибрационного сгорания было установлено, что суммарная кривая периодического изменения давления в камере раскладывается на несколько отдельных кривых, имеющих различную частоту и амплитуду.
В связи с этим различают низкочастотные и высокочастотные вибрации (колебання давления), Рассмотрим прежде всегб механизм возникновения низкочастот- ных вибраций. Частота этих колебаний составляет 80 —:200 гц, т. е. 80 —:200 колебаний и секунду, а амплитуда их по абсолютной величине (особенно по сравнению с амплитудой высокочастотных колебаний) весьма велика. Причиной возникновения низкочастотных колебаний, как было установлено и экспериментально и теоретически, является то, что жидкое топливо превращается в газообразные продукты сгорая~ив иа мгновенно, а через некоторое врем~я — так называемое время превращения т .
По своей величине время превращения близко к вре- нпп«пп мпмпип«плааппп мени пребывания в камере, так как рп йайпплпя й ппмпрп именно за этот период в основном происходит сгорание топлива. Для дальнейшего анализа прн . мем, что закон превращения жидкого топлива, т. е. закон возрастания удельного объема и продуктов сгорания (от величины удельного объема «плйапия даалпп~л жидкого топлива о„до величины удельного объема продуктов сгорания ои), имеет характер ломаной кривой, изображенной на фиг. 152.
Фиг !З!. Изменение давлениЯ Таким образом, мы условно иринин камере нри нибранионном гомаем, что сгорание происходит мгновенно, но только по истечении промежутка времени -. , отсчитанного от момента поступления топлива в камеру сгорания. В качестве второго условия будем считать, что давление тонлива на входе в форсунки ре, т. е. давление в системе подачи, выдерживается строго постоянным.
Предположим, что в момент времени Т в результате воздействия каких-ларбо случайных причин (а их всегда достаточно) давление в камере сгорания упадет до величины, меньшей, чем начальное давление рп,. В результате этого перепад давления на форсунках возрастает до величины Ьреп>оРп . Увеличение периода в соответствии с уравнением (УП1. 22) вызовет и увеличение поступления в камеру, компонентов, а следовательно, и поступления через форсунки всего топлива до величины О! >О,. Увеличение расхода топлива в соответствии с уравнением (П1.
60) должно вызвать увеличение давления в камере. Однако это произойдет не сразу, а только по истечении времени т„, когда из жидкого топлива, поступающего с увеличенным расходом, начнет образовываться соответственно ббльшее объемное количество газообразных продуктов сгорания. Следовательно, давление в камере возрастет только через тм„т. е. в момент Т+т,, С этого момента рнп станет больше рп», а перепад на форсунках арап станет меньше номинального.
В соответствии с этим уменьшится и расход топлива до глп <6 . Однако, как и в предыдущем цикле, уменьшение расхо- да газообразных продуктов сгорания произойдет только через следующий промежуток времени т, т. е. в момент Т+2т„. В дальнейшем величины, характеризующие работу камеры, будут продолжать изменяться, а следовательно, сохранятся и раз возникшие колебания давления в камере. Рассмотренная выше схема возникновения колебании давления в камере является весьма приближенной ьНа самом деле возникающие колебания будут более плавными благодаря влиянию объема камеры сгорания и другим факторам.
Усилить колебания давления могут возникшие колебания давления жидкости в системе подачи. т тохир т гг,р с Фиг. 152. К объяснению механизма возникновения еибрационного горения. В результате при определенном сочетании условий возникающие случайные колебания могут затухнуть или амплитуда их может остаться незначительной. Такие условия обеспечивают устойчивую работу камеры, При других условиях колебания не затухают, а развиваются — камера работает неустойчиво, Важным фактором, определяющим условия устойчивой работы двигателя, кроме объема камеры„являетоя величина номинального перепада давления на форсунках ьре,,Чем больше этв величина, тем меньше сказываются на расходе топлива через форсунки колебания давления в камере, тем более устойчиво работает двигатель. По этой причине нельзя чрезмерно уменьшать номинальный перепад давления на форсунках..Особенно это относится к двигателям, у которых для уменьшения тяги уменьшается расход топлива, При этом 26 г.
Б. синврев и м. в. добровольский й01 перепад давления на форсунках резко падает и двигатель легко попадает в область неустойчивой работы. Чрезмерное уменьшение объема камеры также способствует возникновению вибрационного сгорания в двигателе. Кроме того, свойства топлива также влияют на устойчивость работы двигателя, В частности, такое топливо, как азотная кислота+тонка-250, обеспечивает устойчивую работу двигателя в значительно большей степени, чем топливо азотная кислота+керосин. Высокочастотные колебания давления в камере вызываются также наличием времени превращения.
Однако их возникновение связано уже не с течением всей массы продуктов сгорания через сопло, а с течением по камере отдельных струек газов. Частота этих колебаний очень высокая — порядка частоты звуковых колебаний. Несмотря на малую амплитуду колебаний высокой частоты, они, как показывают исследования, являются опасными, так как могут вызвать местный перегрев и прогар стенок камеры сгорания. ВОПРОСБ! ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ 1. Каковы особенности процесса сгорания в камере сгорания ЖРД? 2. Расскажите схему протекания процесса смесеобразования и сгорания в ЖРД. Какие зоны можно выделить в камере сгорания? Какие процессы характерны для каждой из этих зон? згНа какие две области можно разделить зону сгорания? 4. Что называется временем пребывания топлива в камере сгорания? Как оно определяется? 5. Что называется приведенной длиной камеры? Как она связана с величиной времени пребывания? 6.
Что называется тепловой напряженностью камеры сгорания? Какова размерность этой величины? Каково значение ее для обычных топок и камер сгорания ЖРД? 7. Какая величина литровой тяги характерна для камер сгорания ЖРД? 8. Какая основная величина, характеризующая работу двигателя, не учитывается прн расчете объема камеры сгорания по величине тепловой напряженности и по литровой тяге? 9. Какие формы могут иметь камеры сгорания ЖРД? Перечислите достоинства и недостатки каждой из них.
!О. Что называется расходонапряжениостью камеры сгорания? 11. Какие формы могут иметь сопла ЖРД? Какие основные размеры характеризуют сопла ЖРД различных форм? 12. Какие виды потерь имеются в сопле ЖРД? Как уменьшить этв потери? 13. Каково назначение форсунок? Какие типы форсунок применяются в ЖРД? 14. Какие форсунки называются двухкомпонентными? 16. Как рассчитывается струйная форсунка? 16.
Каковы особенности движения жидкости по центробежной форсунке? 17. Какая основная величина характеризует центробежную форсунку и как она используется в расчетах? 18. Расскажите порядок расчета центробежной форсунки. 19. Какие требования предъявляются к смесеобразованию в ЖРД? 20. Какие вы знаете формы головок камер двигателя? 21.
Расскажите порядок проектирования головки иамеры. 22. Как влияет наличие больших тепловых потоков на условия работы стенок камеры? 22, Какие материалы применяются для камер ЖРД? Перечислите их достоинства и недостатки. 24. Расскажите примерный порядок проектирования камеры двигателя. 25. Как производится запуск ЖРД? 26, Какими способами осуществляется зажигание в ЖРД? 27, Почему опасно «дополнительное» поступление компонентов в камеру сгорания после остановки двигателя? 28, Как возникают ниакочастотные вибрации в камере ЖРД? 29.
Почему уменьшение расхода топлива увеличивает опасность возникновеяня вибраций? ГЛАВА 1Х СИСТЕМЫ ПОДАЧИ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВ И ГАТЕЛ Ей $53. ТИПЫ СИСТЕМ ПОДАЧИ Основные элементы систем подачи В настоя~шее время жидкостные ракетные двигатели имеют широкое применение. В зависимости от назначения они имеют различные величины тяги и продолжительности работы, Многообразие конструкций двигателей вызывает необходимость применения различных систем подач, наиболее подходящих для тех условий, в которых используется двигатель. Каждая из систем подачи имеет три основных части: 1. Баки.
2. Агрегат для создания давления подачи компонентов. 3. Гидропневматическую систему. Гидропневматическая система включает в себя арматуру, трубопроводы и в большинстве выполненных двигательных установок также систему электрического управления работой отдельных агрегатов. Основной частью системы подачи, в значительной мере определяющей все остальные ее элементы, является агрегат, создающий необходимое давление подачи.
По типу агрегата, создающего давление подачи, различают следующие системы подачи: 1. Насосную. 2. Баллонную. 3. С пороховым аккумулятором давления. 4. С жидкостным аккумулятором давления. Последние три системы подачи имеют общую особенность: баки этих систем находятся под давлением, превышающим давление в камере, и топливо из них ~как бы «вытесняется» давлением газов, поэтому эти системы называются вытеснительньши.
Рассмотрим каждую из этих систем. 404 Насосная система подачи Принципиальная'схема насосной системы подачи приведена иа фиг. 153, Компоненты иэ баков 1 поступают к насосу 2 и дальше подаются насосом в камеру сгорания 4. Насосную систему подачи в свою очередь можно подразделить по типу применяемых наоосов рр по способу приведения насосов в действие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
