Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Все эти явления оказывают влияние на вытесиительную способность пороховых газов, а следовательно, и на подачу компонентов. Однако точно учесть их влияние невозможно. Поэтому пря расчете ПАД исходят из предположения, что в течение всего времени работы ПАД газовый объем системы заполнен только пороховыми газами. Указанные же выше процессы охлаждения, растворения и догорания пороховых газов учитывают введением опытных коэффициентов. При расчете размеров шашки ПАД исходят из следующих требований: 1) секундный объем пороховых газов, поступающих в баки, должен быть равен необходимому секундному объемному расходу топлива 1горючего и окислителя); 2) время горения шашки должно быть равным времени работы двигателя. Из расчета двигателя нам известен секундный освобождаемый объем баков: (1Х.
34) тг тп С другой стороны, объем продуктов сгорания пороха, образуемых в 1 сек„равен Оп ! сек ! сек, и Ъп сг (1Х. 36) По уравнению состояния газов = — кг/м', Рб псе Нт (!Х. 37) где Л вЂ” газовая постоянная продуктов сгорания пороха в кгм/кг 'С; Т вЂ” температура продуктов сгорания пороха в ' абс., развивающаяся, если порох горит при постоянном давлении; Рб — давление подачи в кг/м'. Произведение ЙТ при~нято называть приведенной силой пороха. Оно обозначается /б. Для порохов, перечисленных в табл. 33, величина /б= 80 000 —:100 000 кгм/кг.
Подставив (1Х.ЗЗ) и (1Х. 37) в уравнение (1Х. Зб), получим р ~„пт„йт Р.ит.гб (!Х 38) Рб Рб откуда находим необходимую поверхность горения пороха Рб се к (!Х. 39) ит„йТ Температура горения пороха в зависимости от его сорта находится в пределах 2300 — ЗЗОО' абс. В баке пороховые газы имеют более низкую температуру порядка 700 — 900'С. Причибюй этого является сильное охлаждение пороховых газов при протекании их через подводящие трубопроводы, а также за счет отдачи тепла через стенки баков и к вытесняемой жидкости. Кроме того, понижение температуры газов в баке может происходить в результате выплескивания компонента в газовый объем и испарения его.
Так как температура пороховых газов в ба- 431 (1Х. 35) тп. сг где 0„— количество пороха, сгоревшего в единицу времени, в кг/сек; тп „ — удельный вес продуктов сгорания в кг/м' при давлении подачи рб. При вытеснительной системе подачи' компонентов с помощью ПАД с Рб еек,) Рб ~ се» ит„йТ ит„уб (1Х, 40) Для того чтобы при всех условиях обеспечить заданные давления пороховых газов в баке, скорость горения пороха и в формуле (1Х.
40) берется при наименьшей возможной в эксплуатации температуре начала горениями пороха. Если температура начала горения будет боб1вше расчетной, то и скорость и будет большей, вследствие чего расход и давление газов .будут больше расчетного. Избыток давления в камере ПАД будет стравливаться клапаном сброса давления.. Длина пороховой шашки Е подсчитывается исходя из необходимого времени работы ЖРД т А=и т см. (1Х.
41) При расчете длины пороховой шашки скорость горения пороха и надо брать исходя из наиболыпей возможной температуры начала горения, а следовательно, из наибольшей скорости горения пороха. Если величину и брать по средней или наименьшей температуре, длина шашки 1, будет недостаточной~ для обеспечения необходимого времени работы двигателя при высокой температуре окружающей среды и подача компонентов в необходимом количестве прекратится раньше, чем это допустимо.
ПРимер 22. Определить размеры пороховых шашек ПАД для ЖРД с баллонной подачей, работающего на 96%-ной азотной кислоте (Т.=1560 кг/ме) н керосине (т,=820 кг/ие); соотношение компонентов т =4,5. Тяга Р=2000 кг, Удельная тяга Р„=2)1 кгсгк/кг Время работы т=ЗО сек. Давление подачи Рб=40 кг/слг 482 ках ни~же температуры горения пороха, то для получения необходимого секундного расхода топлива и заданного давления подачи необходимо сжигать э 1 сек. большее количество пороха, чем было определено при теоретическом расчете по формуле (1Х. 39), т.
е. количество пороха, сгорающего в 1 сек., должно быть увеличено во столько раз, во сколько уменьшается абсолютная температура газов. Кроме того, камера ПАД должна вырабатывать некоторое дополнительное количество газа, необходимое для обеспечения устойчивой работы клапана сброса давления и для восстановления рабочего давления в баках рб в случае его понижения по какой-либо случайной причине. Все этн факторы учитываются введением коэффициента р, Значение коэффициента ер равно 3 — 3,5. Для бака окислителя величина Ф вследствие догорання будет меньшей, чем для бака горючего; для малых двигательных установок значение величины е) надо брать большее, так как в этом случае относительная поверхность тепло- отдачи баков в газопроводов ббльшая.
Окончательная формула для определения необходимой поверхности горения пороховой шажки с учетом охлаждения пороховых газов примет нид Решение: Определим расходы компонентов. Суммарный расход компонентов равен Р 2000 6= — = =9,52 «%е«. Рта 211 Расход горючего и окислителя определяем по формуле (Ч.
14') 6 9,52 »6 4,5.9,52 6г= — = — '=1,73 «г се«; 6,= — = ' ' =7,79 «г/се«. 1+ч 5,5 1+» 1+ 4,5 По формуле (1Х. 34) определяем секундный освобождаемый объем баков )г-» 6г 6о 1,73 7,79 Мсек= + = + =0,0071 мэ/сегг. тг то 820 1550 Берем немецкий порох; удельный вес (плотность заряжания) р т„= =1,5 г/см'= !500 «г/м', сила пороха /»=80 000 кем/«г, скорость горения пороха и при давлении в 1 ага и наиболее низкой температуре работы двигателя, которую считаем равной — 40' С, составляет и оо.с =0,0203 см/се« (получено линейной экстраполяцией данных табл. ЗЗ):л=0,71.
Тогда при ро=40 ага л о/и ю с; р =4о то=и-оо с ро —— 0,0203.40 ' ' до= =0,28 см/се«=0,28 1О а лг/се«. Не учитывая возможного догорання пороховых газов в баке окислителя и считая для обоих баков ф=З,З, по формуле (1Х.40) находим необходимую поверхность горения пороха 40.104.0 007!.3,3 0,28.10 " 1500 80000 Составляем заряд ПАД из семи шашек, имеющих бронированную боковую поверхность и горящих с одного торца. Необходимая поверхность горения торца каждой шашкнЛ» равна Рп 0 0278 лп= = 0,00397 лгг.
7 7 Диаметр каждой шашки равен Г4 /4 г/и= Уя = — 0,00397 =0,071 лг=7,1 см. Определяем длину пороховой шашки Е. Считаем, что наибольшая температура, прн которой предполагается эксплуатация ЖРЛ, ранив 4-50' С, При такой температуре н заданном давлении скорость горения выбранного нами пороха равна 0,4!5 см/сок, Поэтому длина шашки А=и+вот — — 0,415 30=12,45 см. Пусковой ПАД Пусковой ПАД необходим в первую очередь для быстрого заполнения пороховыми газами свободных объемов баков.
Газопроизводительность его должна обеспечить быстрый набор рабочего давления в баках во всем диапазоне температур при эксплуатации ЖРД. 28 Г. Б. сиварьв н м. в. дааровольсниа Расчет веса пускового заряда производится исходя из величины на|ибольших свободных объемов баков и трубопроводов, которые имеют место при наименьшей температуре эксплуатации ЖРД. При работе пускового ПАД количество пороховых газов, образовавшееся за время его работы, должно быть таким, чтобы обеспечить повышение давления в объеме У„,б до заданного давления подачи рб, т. е. «б«б пг КГ Очевидно, что вес порохового заряда до сгорания~ сг„.. равен весу образовавшихся пороховых газов ~п.з ~п. г При работе пускового ПАД, так же как и при работе основного, происходит охлаждение пороховых газов, поступающих в бак, за счет теплоотдачи через стенки системы и к вытесняемой жидкости.
Сии~жение температуры газов учитывается введением коэффициента р>1. Пусковой ПАД работает в начальный момент работы ЖРД, при этом происходит разогрев баковой системы, вызывающий еще большее снижение температуры пороховых газов. Поэтому для пускового ПАД величина гь имеет большее значение, чем для основного, и равна 5 —:6.
С учетом сказанного вьгше формула для определения веса порохового заряда имеет внд: Рб г'сзоб п.з Для обеспечения быстрого выхода установки на режим пороховой заряд пускового ПАД выполняют из быстрогорящих ракетных порохов. Для увеличения скорости горения пороха камера пускового ПАД выполнена с дроссельным соплом и работает на давлениях, значительно ббльших, чем давление подачи. Толщину пороховой шашки определяют из условия где и — скорость горения пороха при среднем давлении, в камере ПАД и наименьшей температуре при эксплуатации; т — заданное время выхода установки на рабочий режим. Ввиду малого времени работы пусковой ПАД делают неохлаждаемым. Расчет жидкостного аккумулятора давления Жидкостнабм аккумулятором давления (ЖАД) называется агрегат, вырабатывающий газ для вытеснения топлива из баков ЖРД за счет сжигания жидких топлив.
Система подачи с ЖАД установлена, например, на французской одноступенчатой метеорологической ракете «Вероника». 434 По весовым характеристикам подача с ЖАД превосходит другие виды вытесннтельных подач. Однако недостатком системы подачи с ЖАД является ее сложность ло сравнению с системами ВАД или ПАД. Обычно ЖАД работает на самовоспламеняющихся компонентах. Для снижения температуры продуктов сгорания ЖАД работает на смещенном коэффициенте избытка окислителя а. При этом, для того чтобы в баках окислителя и горючего не происходило догорания газов, реактор ЖАД, подающий газы для вытеснения окислителя, работает с большим избытком окислителя (а 3 —:6); реактор, подающий газы для вытеснения горючего, работает с большим избытком горючего (а =0,3 —:0,4).
Расчет жидкостного аккумулятора давления проводят в следующем порядке. 1. Зная компоненты, на которых будет работать ЖАД, и давление подачи, задаемся температурой газа вырабатываемого ЖАД, 2. Определяем коэффициент избытка окислителя, при котором в реакторе ЖАД получаем заданную температуру газов, При этом, как указывалось, для реактора, вырабатывающего газ, вытесняющий окислитель, берем а» 1, а для реактора, подающего газ в бак горючего, берем а « 1.
Обычно для данного топлива имеются графики изменения температуры сгоранвя и величины КТ в зависимости от а. Если таких графиков нет, то, задавшись ориентировочно а, проводят расчет Т и КТ по методике, указанной в 5 33 или 34. 3. Зная /еТ и давление, определяем для каждого из реакторов удельный вес получившихся продуктов сгорания по уравнению (1Х. 37).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
