Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 57
Текст из файла (страница 57)
20.8)]„ положение которого смещено относительно максимума Т„, С увеличением давления на входе в сопло (а следовательно, ив других сечениях сопла с фиксированной геометрией) увеличивается температура Том но уменьшается степень диссоциации и увеличиваются скорости'химических реакций из-за возрастания концентраций. Поэтому потери Ьп с увеличением давления уменьшаются. От диаметра минимального сечения д„зависит время пребывания смеси в сопле. С увеличением д„время пребывания увеличивается н ~„уменьшается. Возрастание значения г при рост 4( =сонэ( приводит к увеличению Ь„, так как из-за снижения температуры и давления при увеличении г уменьшаются скорости химических реакций.
Таким образом, потери удельного импульса из-за химической неравновесности определяются зависимостью ~и(ао„, ро„И„, и) Графически эта зависимость для топлива 1ч204+ (СН8)2ХКН2 пр]2 а,„=0,8 приведена на рис. 20.9. сы с% Рис. 28.8. Зависимость потерь ьн нэ-эа мими»есной неравновссиости от коэффынынта небытие ф] окислителя ]эр Н =88; У„=]О] р М МПа; т — топливо О,+Н,; 2 — Р,+НН 8 — йр нэо,+]сн»]энннт' 7лт 8 о »с тт Г»4] ссрк РИС. 28.8. З»ВНСНМПСП Веаффв- Гтб цнсита 2„нт рэвлиенык факторов: Р„=О,8МПа: -- — Ре,м - ]] -м мп» По результатам многочисленных расчетов химически неравновесных течений течение в сужающейся части сопла почти во всех представляющих интерес случаях оказывается практически равновесным.
Отклонение от равновесия появляется в окрестности минимального сечения при М> 1 и г= 1,2 ... 1 5, где скорость изменения параметров максимальна. Из результатов расчетов также следует, что мольные доли компонентов продуктов сгорания: СОь СО, !Ч», Оь Н»0 и МО в окрестности минимального сечения «замораживаются» и дальнейшее изменение их значений вниз по потоку при г>2 обычно не превышает 5«л.
Отличие мольных долей перечисленных индивидуальных веществ от соответствующих равновесных значений для сопел двигателей первых ступеней обычно составляет примерно 10 — 20«!р, для сопел двигателей вторых и третьих ступеней — 20 †6/р. В связи с тем, что многие вопросы химической кинетики изучены недостаточно полно, расчет потерь Ь-, может давать значительную погрешность, составляющую примерно 10 — 207» от значения ь" . ВОЛ. ПОТЕРИ УДЕЛЬНОГО ИМПУЛЬСА ИЗ-ЗА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОИ НЕРАВНОВЕСНОСТИ Основными компонентами продуктов сгорания современных жидких ракетных топлив являются газообразные СОь Н20, Нь Мь СО, !ЧО, ОН.
Как показывают результаты расчетов, приведенные в справочнике !791, при давлениях на входе в сопло рр,— — 5 ... 1ОМПА., диаметре минимального сечения И„А!00 мм и г=10 колебательиые температуры молекул СОЬ Н»0 совпадают с равновесной температурой. Колебательная температура других компонентов ((ЧЬ СО) может превышать поступательную температуру на 15 — 20«р. Потери удельного импульса в значительной мере определяются параметром бинарного подобия ~р=раг( .
Для продуктов сгорания топлива !Ч»0«+ (СН»)2(Ч(ЧН, прн рм — — 10 МПа, г(„=100 мм, а, =0,85 и гж10 потери удельного импульса из-за неравновесности колебательных степеней свободы составляют не более 0,05$. При уменьшении параметра бинарного подобия зр в 100 раз (рр,=1 МПа, «1 =10 мм) этн потери могут возрасти до 1 та. Полученные результаты являются приближенными, поскольку кинетика колебательной дезактивации в многокомпонентной смеси продуктов сгорания в настоящее время мало изучена.
20.6. пОтеРи удельнОГО импульсА В СВЯЗИ С ОРГАНИЗАЦИЕИ ТЕПЛОВОИ ЗАЩИТЫ Основным средством практически всех методов защиты стенок от перегрева, окисления и эрозии (см. гл. ХХ11) является снижение температуры стенки по сравнению с температурой Т„которую имела бы теплоизолированная стенка.
Потери удельного импульса из-за трения Ь,р при этом возрастают, так как пограничный слой 270 становится более холодным и плотным по сравнению с изотермическим течением. В случае автономного проточного охлаждения потери удельного импульса из-за трения вычисляются в соответствии с формулой (20.1) йТ,с..=С.„Т,.„. (а) Дополнительные потери из-за трения, обусловленные неадиабатностью течения (Т„(Т,), в этом случае составляют йТ( — ) (! Г(1)) т (лл) где ~тр и ~, — соответственно потери при адиабатном (2тст=1) и не(т) адиабатном (Т„<1) течениях. Как видно из рис. 20.6, разница в коэффициентах ~,р при малых Т„может быть существенной, в связи с чем могут быть заметными и потери удельного импульса из-за неадиабатности. В случае регенеративного проточного охлаждения тепло Я, воспринятое охладителем — компонентом топлива, возвращается с ним в камеру. Энтальпия топлива при этом увеличивается, а удельный импульс возрастает. Прирост удельного импульса Ыу,л можно (+) вычислить по формулам (8.2) и (8.10).
За счет прироста Ыу+. потери из-за неадиабатности могут компенсироваться: тат у.л=стту. стту Как в случае автономного, так и регенеративного охлаждения потери из-за неадиабатности можно уменьшить, увеличивая температуру стенки, например, применяя тугоплавкие покрытия. Удельный импульс при наличии внутреннего охлаждения часто сопоставляют со значением удельного импульса без применения такого охлаждения. С одной стороны, потери удельного импульса собственно из-за неадиабатности могут быть меньше, так как обычно меньше температура на внешней границе пограничного слоя (т. е.
меньше значение Т, и большефактор Т,,), а так жеснижсны путем вдува в пограничный слой. С другой стороны, для организации внутреннего охлаждения приходится расходовать часть топлива при неоптимальном соотношении компонентов, расходовать его или другие вещества в условиях неоптимальных в смысле создания тяги, В случае внутреннего охлаждении, организуемого смесительной головкой, для расчета удельного импульса применяется модель двухслойного течения (см. гл. ХЪ'1!!). В соответствии с формулами (18.18) и (!8.19) получаем таст= 1 йст (1 Ту".п.ст/Туса.л). (20.
15) Как видно, снижение удельного импульса, обусловленное организацией пристеночного слоя, зависит от значения относительного расхода топлива в пристеночном слое д„ и величины 1у .„(Ту Последняя определяется соотношением коэффициентов избытка 271' окислителя в пристеночном слое и в ядре потока. Уменьшение 1г может составлять несколько процентов. Точное определение удельного импульса в случае организации завесного и транспирационного охлаждения, применения выгорающих теплозащнтных покрытий представляет значительные трудности.
Обычно расчеты проводят при различных предположениях о взаимодействии продуктов, обеспечивающих защиту, с основным потоком: от полного перемешивания до отсутствия взаимодействия и создания тяги. В первом случае может быть выполнен термодинамический расчет и определен удельный импульс смеси продуктов, например завесы и ядра.
Во втором — потери рассчитывают по формуле (20.15) при условии У~~~~„=О. Так, в случае завесного охлаждения без взаимодействия завесы с ядром Фаав= 1 й'аав 20.7. КОЭФФИЦИЕНТ РАСХОДА аВВ йВВ ""1 В Щ2 Вв йв ав 1,В 1,2 1Ф 1в 1вг~ Контур сверхзвуковых сопел в окрестности минимального сечения ло стороны сужающейся части в большинстве случаев имеет радиусную форму. В этом случае линия М=1 является криволинейной и расход газа уменьшается вследствие неравномерности Ус потока в минимальном сечении В,ВВ сопла.
Неравномерность потока увеличивается с уменьшением радиуса гм При радиусной форме трансзвуковой области (см. гл. 1Х) коэффициент расхода ц, прн гэ>0,5г слабо зависит от показателя изоэнтропы и и формы сужающейся части и в основном зависит от радиуса гь Для определения коэффициента расхода в функции от гэ=г~/г„можно воспользоваться зависимостью, представленной на рис.
20.10. Она получена расчетами двухмерных течений и хорошо подтверждается экспериментальными данными. Расход газа уменьшается не только из-за неравномерности параметров в минимальном сечении, но также и вследствие вязкости. Уменьшение коэффициента расхода из-за наличия пограничного слоя можно вычислить по формулам работы 131. Для большинства случаев, за исключением двигателей малой тяги, это уменьшение сравнительно невелико и составляет 0,1 — 0,29в. Глава ХХ! РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАМЕРЫ 21.1.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕИСТВИТЕЛЬНОГО УДЕЛЬНОГО ИМПУЛЬСА И СЕКУНДНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА М. Ь (. НСХОДНЫВ ДАНИЫВ Задание на расчет параметров камеры двигателя может быть сформулировано, например, следующим образом: определить секундный расход топлива и размеры камеры, развивающей тягу в пустоте Р при давлении у головки ри и на выходе из сопла р,. Компоненты топлива и теоретическое распределение их соотношения йм по сечению в камере сгорания выбраны (заданы). Вместо тяги в пустоте Ра может быть задана тяга на уровне моря Рв или на высоте Н вЂ” Рв. Термодинамический расчет рассматриваемого топлива при нескольких значениях соотношения компонентов й ( для заданных рв=рв, и р дает значения 1.„о расходного комплекса ((( и дру(ии1 (ии1 гих необходимых параметров.
После того, как будет найдена относительная площадь камеры сгорания Г„необходимо оценить падение полного давления на участке камеры. В камерах сгорания с малыми значениями Р, — так называемых неизобарных (скоростных) камерах сгорания — тепло- выделение сопровождается заметным увеличением скорости рабочего тела и падением давления, при этом справедливы соотношения р,<.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
