Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Необходимо подчеркнуть, что аэродинамическое сопротнвление аппарата при одной и той же скорости полета у' неодинаково в случае работающего двигателя, т. е. при истечении реактивных струй, н в случае, когда двигатель не работает. Объясняется это тем, что истечение струй оказывает влияние на характер обтекания аппарата и так называемое донное давление в кормовой части. Так, при низких скоростях полета характер обтекания меняется вследствие эжекции.
При полете на больших высотах (малые величины отношения рн1п„) струи сильно расширяются и вызывают отрыв потока на значительном удалении от кормовой части. При работе в вакууме в донной области аппарата возникает зона некоторого давления, что увеличивает тягу. Основным методом определения аэродинамических характеристик аппарата является эксперимент на моделях со струями, имитирующими работу двигателей.
Особенно сложна задача в распространенном случае многосопловых (многодвигательных) компоновок, весьма разнообразных. Решение такой задачи составляет самостоятельную область исследований и разработок. 2.2. УДЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КАМЕРЫ ьу.ь удальиыв импульс тяги (2. 121 (2. (3) (2. И) 2! Тяга камеры является параметром, зависящим от абсолютной вели- чины секундного массового расхода топлива.
Относительным или удельным параметром является удельный импульс та г и 1,, который представляет собой отношение тяги, развиваемой камерой, к массовому расходу рабочего тела: 1 =Р(т. Обычно 1, называют сокращенно «удельный импульс». В соответствии с уравнениями (2.6), (2.7) и (2.8) удельный импульс можно записать так: в пустоте (рн=О) 12.„= ю, + р,Г,/лу; иа любой высоте, где рн-у- О, 1у н = 1у.» Рну' в(ул' на расчетном режиме работы сопла, когда р =рн, /у=тик.
Очевидно также, что 1у=! — р /(о тв,). (2. 16) В последнем выражении отчетливо видны две составляющих удельного импульса: одна, зависящая только от внутрикамерных процессов (/„), и вторая, обусловленная воздействием окружающей среды ( — /уи/(осгииЦ. (2. 15) Рис. 2.3. Силы, дейстаующие иа векерхиесп камеры: т — элюра сил на иерелнюю стенку; я — егюра сил на стенку сужающейся части соила Если пользоваться эффективной скоростью истечения„то на всех режимах 1у= та,р. (2. 11) В единицах СИ тига Р выражается в ньютонах (Н), секундный массовый расход т — в кг/с, следовательно, /и — в Н с/кг. Так как в технической системе единиц //=1 кг ° м/са, то соответственно /„ может быть выражен в м/с.
Итак, в единицах СИ удельный импульс имеет размерность скорости н, как это видно нз выражения (2. !7), чнсленио равен эффектиитюй скорости истечении. В технической литературе применяется размерность тяги — кгс, секундного расхода — кг/с, следовательно, размерность /т — кгс ° с/кг. Размерность /„записывают иногда в секундах. В этом случае величину удельного импульса можно толковать как время в секундах, в течение которого камера. создающая тягу в 1 кгс, израсходует 1 кг топлива.
В единицах СИ численное значение удельного импульса в де=9,80665 раз больше, чем в технической шютеме единиц. Наряду с удельным импульсом, определяемым по м а с с он о м у расходу топлива т, иногда используют понятие о бъе м н о го удельного им и ул ь с а, определяемого по объемному расходу Уг 1ун=Р/Я. (2, 18) Объемный удельный импульс связан с удельным импульсом очевидным соотношением 1у!с 1уйтт (2.
19) где от — плотность топлива. В ракетном двигателе на твердом топливе затруднительно фиксировать мгновенные значения массового или объемного расхода топлниа, а следовательно, и мгновенные значения удельного им- Так как расход топлива за время работы т составляет ~ пи2т= о =по„то Х„= ~ Рс(т/по,. о (2. 21) е е е елсходнын комплекс и хлелктееистнческля скоеость Расходным комплексом й называют произведение давления в некотором сечении камеры сгорания на площадь минимального сечения, отнесенное к секундному массовому расходу топлива через камеру.
Параметр р используется прн различных анализах характеристик камеры. В зависимости от вида анализа в комплексе р используют давление ~в том или ином характерном сечении камеры (рис. 2.3). В идеальном случае, при малой скорости в сечении с— с и при отсутствии необратимых явлений в сужающейся части сопла, давление торможения потока на участке к — м постоянно, т. е. Рк=ром=ром.
Тогда р=р„Г„~т. (2. 22) Числитель этого выражения представляет собой силу, развиваемую благодаря давлению газа на участок передней стенки камеры сгорания с площадью Р; отнесенная к секундному расходу топлива в камере, она имеет размерность удельного импульса. Величина й может быть получена теоретически, а также и в эксперименте, поскольку все входящие в нее парметры можно измерить. Сравнение экспериментальных значений р с теоретическими используют для опенки совершенства процессов на участке камеры сгорания и сужающейся части сопла. Для оценки совершенства собственно процесса горения используется характеристическая скорость с, определяемая выражением Ом м Рк о= оВ Введением ром вместо р„и коэффициента расхода р, учитывается нендеальность процессов в сужающейся части сопла.
23 пульса. Поэтому для РДТТ удельный импульс определяют обычно в некотором интервале времени т (например, за время работы двигателя) как среднее значение: т,-~ы (~~~. (2. 20) Эту величину в практике РДТТ называют также еди н и ч н ы м импульсом. к з. х тяговон комплекс и коэээицивит тяги Тяговым комплексом К; называют отношение тяги камеры к произведению давления в некотором сечении казимеры сгорания нз площадь минимального сечения сопла. Для этого же идеального случая можно записать Кр= Р((р,7„) (2.2З) Как видно, величина Кр безразмерная и физический смысл се ясен: тяговый комплекс показывает, во сколько раз тяга камеры больше составляющей, действующей на часть передней стенки камеры сгорания площадью г„.
Очевидно, что тяговый комплекс можно определить и как отношение удельного импульса камеры к его составляющей — расходному комплексу (1: Кр — — У /В. (2. 24) Тяговый комплекс в основном является характеристикой сопла. Относительный вклад сопла в создание удельного импульса может быть оценен величиной (.(,— З)!~,=1 — 1!К . Чем больше величина Кр, тем больше роль сопла в создании удельного импульса. Тяговый комплекс молгет принимать различные значения в зависимости от размеров сопла и режима его работы.
Характерный диапазон значений К;=1,2 ... 2. Различают тяговый комплекс в пустоте (р„=О), на произвольном режиме сопла (р,=Ф=рп) и на расчетном режиме (р =ргг). Наряду с тяговым комплексом используется коэффициент тяги Кг: Кт=Р!(Ро.„Р~ рс) =~у(г»: Так же, как и характеристическую скорость, величину К, можно определить теоретически и в эксперименте. Сравнение экспериментальных значений с теоретическими используется для анализа совершенства процессов в сопле. 2.3.
КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ КАМЕРЫ хаь эивргатическиа к.п.л. Традиционными для тепловых двигателей являются коэффициенты полезного действия, оценивающие совершенство преобразования исходной энергии в полезную энергию (работу). Такие к.п.д. называют энергетическими. Понятия энергетических к.п.д.
можно использовать и в теории тепловых ракетных двигателей. На рис. 2.4 представлен идеализированный цикл работы камеры теплового ракетного двигателя с подводом тепла при постоянном давлении (изобарная камера сгорания) и изоэнтропийным расширением в сопле. Полезная работа идеального цикла равна кинетической энергии рабочего тела в конце процесса расширения, т. е. 2 величине та„,/2. Здесь гг„,— теоретическая эффективная око. рость истечения. Запас исходной энергии, вводимой в камеру с 1 кг топлива, составляет Н„Дж, где ̈́— теплота сгорания топлива. Отношение г /(2Н ) (2. 25) называют терм и чески м к.п.д.
Эта величина, меньшая единицы, учитывает потери тепла с выходной струей, обусловленные вторым законом термодинамики. С помощью известных термодинамических соотношений термический к.п.д. определяют следующим выражением: Ч вЂ” ( ((/~)!л-Ч!л (2. 26) где а=р„/р — степень расширения газа в сопле; п — показатель изоэнтропы расширения. Теоретический удельный импульс равен / =)/~~„й. (2.
27) Действительный удельный импульс /„ меньше теоретического, так как прв осуществлении реальных рабочих процессов в камере имеют место тепловые, химические, газодинамические и р,кл другие потери. Отношение действительной кинетической энергни на выходе из сопла к тео- ода рстичесьой называют относительным внутренним к. и.
д.: 300 =аР/тат . (2. 28) Величина Чгя оценивает степень совершенства внутренних процессов в камере. Все виды потерь суммарно оценивает эффективный к. п. д., равный Ч,=тат/(2Н~). г а и м ь, ю~/ля а г С учетом выражений (2.25) „(2.27) и (2.28) получим Че=Ч08 Чо (2. ЗО) Действительный удельный импульс, определяемый с учетом всех видов потерь, составляет (2. 31) Приведенные выше энергетические к.п.д.
являются коэффициентами полезного действия камеры, сопло которой работает на расчетном режиме (р =рп) на стенде (скорость полета равна нулю). Выражения к.п.д. для нерасчетных режимов усложняются. При оценке упомянутых к.п.д. в полете кроме теплоты сгорания топлива следует учитывать его кинетическую энергию, зависящую от скорости полета. ЕКК ИМИУЛЬСНЫЕ ~и.е. В теории ракетных двигателей практически более важными и удоб- ными являются импульсные к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
