Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 58
Текст из файла (страница 58)
р„< р„Т, С. Т'(и. Для участка цилиндрической трубы между сечениями входа в камеру и входа в сопла можно записать уравнение импульсов Ри=Ри+р та ° Скорость ил для простоты принята равной нулю, так как обычно (в„<<(ав Согласно формулам (6.|6) плотность реагирующей среды можно представить выражением аи (((гР)с в котором величины ки и (ртр), можно взять по данным расчета изобарной камеры сгорания.
Падение полного давления на участхе камеры сгорании оценивают коэффициентом восстановления полного давления ат — Рв /Р . После подстановки выражения для о, в уравнение импульсов полу- чаем ( )в где п(Х,) =р,/рв~. Газодинамическую функцию п(1 ) и число М, можно найти, зная приведенную скорость 1 . Путь ее определения следующий. По заданному значению относительной площади 7, находят газо- динамическую функцию д(Х,) =1/Р В таблицах газодинамических функций по значению д(7 ) и среднему показателю изоэнтропы и находят значения Х„„М, и и().,).
Таким образом, значения температуры торможения Т~, расходного комплекса р, удельного импульса 1 „и других параметров течения для неизобарной камеры остаются теми же, что и для изобарной камеры. Однако они будут реализованы лишь при определенном давлении на входе в камеру сгорания р,= рм. Значение этого давления можно найти как р,=рч,/ап Как показывают расчеты, значение от при У,=2 ... 3 составляет примерно 0,94 — 0,98; прн Р,=1 (предельное значение) отж0,78 .„0,82.
м. ь а коэевицивнты кдвльиого импяльсл Действительный удельный импульс в пустоте определяют с помощью коэффициента удельного импульса ~р„отражающего несовершенство процессов в камере сгорания н сопле, причем 'Рт=т" 'тс. (21. !) Коэффициент ч~„, учитывающий совершенство процессов в камере сгорания, при проектировании выбирают на основе статистических данных, полученных при промышленных и экспериментальных испытаниях образцов, подобных разрабатываемому двигателю. В расчетах используют значение У„,„для камеры с ожидаемым (ию неоднородным распределением соотношения компонентов топлива. Влияние такого распределения по сечению камеры сгорания на идеальные значения удельного импульса и расходного комплекса учитывают по формулам гл. ХОП: (21.
2) 4 1 По этим же формулам учитывают снижение ф„", если предполагается применение выгорающих теплозащитных покрытий, завес- ного и транспирационного охлаждения, а также создание пристеночного слоя. Действительное значение ~р„определяют экспериментально. В опыте надежно может быть определено значение «~ь Значение ь з можно получить как ~.=и~,. гдс «р, определяется расчетным путем. Другим способом определения коэффициента ~р„является сопоставление опытного и теоретического значений комплекса (1 (см. равд.
19.5). Как упоминалось, значение коэффициента камеры сгорания ~„составляет 0,96 — 0,99. Коэффициент сопла гр, и его основные составляющие гргь гр „, «ри, ср, назначают по рекомендациям гл. ХХ. После того, как будет определен контур сопла, коэффициенты гра необходимо уточнить. Прн вычислении ф,р необходимо принимать во внимание зависимость этого коэффициента от фактора геплообмена у „. Система коэффициентов, используемых при расчете ожидаемого удельного импульса, приведена в табл. 21.1.
Таблица 21.1 Система коэффициентов для расчета ожидаемого удельного импульса Оаов- наченне Свинь с другими вевнчннами Сиасоа оорехевевиа Навеание Коэффициент камеры сгорания Коэффициент, учитывающий со- вершенство смесеобразования га 'гсм Ус=тртгртнте рер 1 — с р тс тр 1-ьн Аналитический 1 — ьа Аналитический Экспериментальный Аналитический и экспе- риментальный ЗЬГ.З. ОжнДЛЕМЫВ тгДИЛЬИЫН ИМПУЛЬС и сикундныи ~доход На основе результатов термодинамического расчета и опытно-теоретических коэффициентов совершенства процессов может быть определен ожидаемый (действительный) удельный импульс камеры двигателя ~у. =срА.
(на) (21. 3) Секундный расход топлива, необходимый для получения заданной тяги, находится как (21. 4) 275 Коэффициент сопла Коэффициент, учитывающий потери в сопле из-эа рассеяния Коэффициент, учитывающий потери в сопле из.за трения Коэффициент, учитывающий потери в сопле из-за неравновесности Коэффициент, учитывающий потери в сопле из-за двухфазности Коэффициент расхода сопла Коэффициент, учитывающий снижение расходного комплекса Коэффициент удельного им- пульса Экспериментальный Аналитический и экспериментальный.
формула 1. 18.20) апатический Аналитический, формула (20.8) Аналитический, формула 20ЛЗ) налитнческий Если задана тяга на высоте //, необходимо найти соответствующее значение удельного импульса ! . Используя известные формулы Иим Ра . Роса т =Чю/р. — —./рл~ рп= < гл т з ""~ (21. 5) получаем 7„=Ы<'"~ т.КР— — "" ) РрРор ~ Секундный расход топлива при этом определяется по формуле вида (21.4). ХЕК ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ Наиболее распространенной формой камеры сгорания являетси цилиндрическая. Рассмотрим определение трех се основных размеров — диаметра г/„„длины /.~, и диаметра минимального сечения сопла г/„.
Объем и диаметр камеры сгорания определяют с помощью двух характеристик — времени пребывания и расходонапряженности. Вместо времени пребывания можно использовать приведенную дли'ну /.. В выражении для комплекса г=)~/гр,ур,/А(а) примем значение и равным 1,2, что оправдано для многих жидких топлив. Тогда из формулы (19.16) получим удобное соотношение ъ; = 2,4/.„р/~, (21. 6) где 6 в м/с. Объем камеры сгорания определяют, исходя из требования обеспечить время пребывания, достаточное для достижения необходимой полноты сгорания.
Как упоминалось, оптимальное значение времени пребывания (или при~зеленной длины) зависит от рода топлива. Значения /. р для некоторых топлив приведены в гл. Х1Х. Для определения площади минимального сечения воспользуемся формулой расхода с учетом коэффициента камеры сгорания и коэффициента расхода (21. 7) тк где и, — коэффициент расхода, учитывающий толщину вытеснения пограничного слоя и неоднородность поли скоростей в минимальном сечении (см. разд.
20.6); р, — коэффициент расхода, учитывающий запаздывание конденсата по скорости и температуре при ускорении двухфазных продуктов сгорания. Для гомогенных продуктов сгорания И,=1; в случае двухфазных продуктов этот коэффициент больше единицы и определяется, как показано в равд.
11.2. Из выражения 121.7) с учетом ранее приведенных формул получим величину площади минимального сечения сопла р Рпй Рс 121. 8) М РсясРоссг, тс Рсистссс Р Рос 1ва) 1вс) Из формулы 121.8) видно, что возрастание потерь в сопле требует увеличения площади минимального сечения для пропуска дос полнительного расхода, компенсирующего снижение удельного импульса. Лналогичный результат получается, когда площадь минимального сечения определяется по значению гяги на высоте Н: Рн 121.
9) 1 рсретсГс. р — РаРГГ!Рос) Рес Р',= Р~"л(Рос (21. 10) Например, для инопородного двигателя прн значенняк комплекса рсс 2.10с м1с к лсг1рс 1,3 ° 10 — ' кг/(Н.с) значение относнтельной плопщдн камеры сгорання может быть прквято,равным 1 Р = — 4 1,3-10 — 4 2 !Оз Вполне понятно, что приведенные выше оценки могут изменяться в зависимости от принятой схемы смесеобразования, от схемы двигателя. Таким образом, определены суммарный объем камеры сгорания и сужающейся части сопла )гк, диаметры камеры сгорания и минимального сечения. Теперь можно спрофилировать сужающуюся часть сопла, найти ее объем к',.ч, затем определить объем собственно камеры сгорания и по известному диаметру д,с найти ее длину.
После определения А р и Р находят объем камеры сгорания и сужающейся части сопла, обеспечивающий необходимое время пребывания т . При выборе диаметра камеры сгорания или Р, следует учитывать, что с уменьшением Г, увеличивается плотность теплового потока, уменьшается давление рм и поэтому увеличиваются габариты сопла при заданном р„ затрудняются размещение форсунок на головке камеры сгорания и организация распыления и смешения компонентов. Практически при выборе диаметра камеры сгорания можно ориентироваться на значения расходонапряженности, достигнутые при разработке прототипов или на экспериментальном двигателе. Согласно выражению (7.24) относительную площадь камеры сгорания можно записать так: 2КЗ.
ВЫБОР КОНТУРА КРУГЛОГО СОПЛА ЛАВАЛЯ Выбор сопла для двигателя определяется конкретными тактико- техническими требованиями, предъявляемыми к летательному аппарату. Сопло двигателя, как и другие его элементы, должно обеспечивать получение максимальной тяги при возможно меньшей массе и в ряде случаев — меньших габаритах. Кроме того, выбор сопла часто может быть ограничен некоторыми дополнительными требованиями, например возможностью охлаждения, компоновки двигателя на летательном аппарате, технологическими и конструкторскими требованиями. Задачей профилирования сопла является определение параметров контура, обеспечивающего в заданных условиях максимальную тягу (удельный импульс или коэффициент тяги) при некоторых ограничениях, накладываемых на длину сопла и (или) площадь выходного сечения, массу сопла и др.
З1. 3. 1. СУЖАЮЩАЯСЯ ЧАСТЬ СОПЛА Контур сужающейся части сопла должен обеспечивать безотрывное течение (во избежание прогаров) с равномерным и известным распределением параметров в критическом сечении. Последнее дает возможность более надежно спрофилировать расширяющуюся часть сопла. В соответствии с геометрической акустикой необходимо обеспечить стабильность процесса гогения по отношению к высокочастотным колебаниям.
При этом габариты (а следовательно, масса и потери нз-за трения) должны быть минимальными. Теоретическое построение оптимального контура сужающейся части представляет собой сложную задачу. На основании многочисленных экспериментальных и расчетных исследований, частично нзложснных в гл.
1Х, в жидкостных ракетных двигателях, как пра. вило, применяют радиусные сопла со следующими параметрами (см. рис. 9.1): 0(г1(г„бч (50', г (гз(2г„. (21. 11) Если по каким-либо причинам выбирается коническая сужаю. щаяся часть; то для нее гз-0. Значения радиусов г, и г определены выше, поэтому теперь можно выбрать г„гз и назначить 8, вычислить обьем сужающейся части у',ч и по графику рис. 20.10 определить коэффициент расхода сопла ц,. яь ь к коничвскм езсшиуяющмся чзсть соплА Наиболее простой формой расширяющейся части сопла является коническая. Для конических сопел оптимальное значение угла раствора сопла а, (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
