Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 66
Текст из файла (страница 66)
ррл. Диатрамма рабаты жРДМт: Š— теиЕ и — напряжение; т„н-время открытии клапана: е н время закрытия клапана рядкового номера импульса и частоты включений. Для большинства существующих двухкомпонентных ЖРДМТ время включения при импульсном режиме работы лежит в пределах от 0,0! до ! секунды. Различают установившийся и иеустановившийся импульсный режим работы ЖРДМТ.
Установившимся считают импульсный режим, при котором удельный импульс тяги нс зависит от порядкового номера включения. На неуста но вившем ся импульсном режиме удельный импульс тяги зависит от порядкового номера включения. Широкое распространение имеет также р еж им одиночных включении: ЖРДМТ вЂ” режим,ра~боты с паузами, в течение которых двигатель приходит в исходное состояние.
Диаграмма работы ЖРДМТ приведена на рис. 23.2. На диаграмме показаны основные переходные процессы и интервалы времени, их характеризующие (динамические параметры ЖРДМТ). В рема включения ЖРДМТ т,„представляет собой интервал времени от момента подачи напряжения на управляющий злектроклапан до момента снятия напряжения. Время останов ав интервал времени от момента снятия напряжения с электроклапана до момента, когда тяга нли давление в камере снизится до значения, равного О,! значения тяги или давления в камере на непрерывном режиме. Это время характеризует последействие ЖРДМТ и обозначается т я.
Сумма времени включения и останова составляет время работы ЖРДМТ. Время выхода на режим те,р исчисляется как интервал времени от момента подачи напряжения на электроклапан до момента, когда тяга нлн давление в камере достигает значения, равного 0,9 значения тяги или давления в камере на непрерывном режиме. Интервал времени от момента снятия напряжения с электроклапана ЖРДМТ до момента 312 подачи напряжения составляет п а уз у м еж д у в к л ю ч е н и я м и т . Отно>пение паузы к сумме времени включения и паузы называется скважностью включен ия ЖРДМТ: з=т /(тик+та)- Скважность можно также определить как произведение частоты включения (число включений в секунду) на паузу: з=/т .
Коз ффициентом заполнения нмпульсного режима ЖРДМТ Аа называют отношение времени включения к сумме времени включения и паузы: /та твк/(так+си) ° Значение А» можно также определить как произведение частоты включения на время включения. Понятие тяги ЖРДМТ используют обычно лишь для установившегося непрерывного режима работы. Для других режимов используют понятие импульса тяги — интеграл от функции тяги ЖРДМТ по времени. Составляющими импульса тяги являются импульс тяги при выходе н а режим 1ов и импульс п осле действия 1„„.
Характеристикой экономичности ЖРДМТ является удел ьн ы й и м и ул ьс тяги, который определяется следующим образом: . — при непрерывном режиме работы — как отношение тяги ЖРДМТ к расходу топлива при установившемся непрерывном режиме: — при установившемся импульсном режиме работы — как отношение импульса тяги ЖРДМТ для серии импульсов из а включений при установившемся импульсном режиме работы к расходу топлива за л включений: 1„.„= ~ Рсй/глп, т=ц(т„+т ). а На экономичность работы двигателя в импульсном режиме существенное влияние оказывают заклапанные объемы двигателя— объемы от седла клапана до среза сопла форсунок.
При паузах между включениями более 0,01 ...0,02 с компоненты топлива из заклапанных объемов практически полностью испаряются, поэтому после команды на включение двигателя примерно 0,005...0,01 с затрачивается не на создание импульса, а на заполнение заклапаннь! х объемов. Удельный импульс на импульсном режиме ниже, чем на непрерывном: 1т,и(1ти" разница между ними может составлять до 50'/о.
Поскольку ЖОМТ практически всегда работают при рижб, в втой главе мы будем опускать индекс «п» (в пустоте) и отмечать индсксамн импульсный («и») или непрерывный («и») режимы. 23Л. ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ ЖРДМТ Современные ЖРДМТ используют ИаО«и Оа в качестве окислителей и гидразин, монометилгидразин, диметилгидразин, водород— 313 в качестве горючих. Достигнутый нижний уровень тяги составляет 0,045Н, число включений достигает десятков тысяч, общее время работы — десятков часов. аа а ь осоввниостя Рлвочнх пэоцвссов Как и в двигателях больших тяг, процессы в камерах сгорания двухкомпонентных тКРДМТ отличаются от принимаемой в расчетах идеализированной схемы.
Эти отличия обусловлены неоднород..; м распределением компонентов топлива по поперечному сечению камеры и неполным горением, потерями в сопле из-за рассеяния, трения и химической неравновесности и др. Однако для ЖРДМТ некоторые из указанных отличий имеют более существенное, по сравнению с двигателями больших тяг, значение. К таким отличиям можно отнести неоднородность параметров. по сечению камеры (из-за малого числа смесительных элементов и внутреннего охлаждения), неполноту горения и химическую неравновесность, повышенные потери импульса из-за трения, что связано с малыми размерами камеры. Характерным отличием является нестационарность режима работы. Методы оценки влияния неоднородности потока и неполноты горения, расчета потерь из-за химической неравновесности и трения в сопле аналогичны соответствующим методам для двигателей больших тяг.
Характер нлияния принципиально тот же, однако потери удельного импульса, обусловленные этими факторами, значительно выше. На рис. 23.3 приведена в качестве примера зависимость удельного импульса 1„,в от величины абсолютной тяги. Как видно, для двигателей меньшей тяги при прочих равных .условиях удельный импульс ниже. Это объясняется, с одной стороны, ухудшением качества процессов в камере сгорания, увеличением неоднородности потока при уменьшении тяги. С другой стороны, увеличиваются потери в сопле из-за трения н химической неравновесности, так как для ЖРДМТ характерны малые значения чисел Рейнольдса и высокие скорости изменения термодинамическнх параметров состояния р н Т. На рис. 23.4 приведена зависимость коэффициента сопла от числа Рейнольдса.
Ф в, етlг гггп а ГРЛ Хоп ЛЛ Р РРР ЗПП тэ ИШГРРРРе Рвс. аьк зааасвиесте Равваета аивтеесе . Рве. тзА заавсаиесте аееэ(веааеата жРДМТ ет тита иа Рстааеавеиивса Реиииеее савва ет евсее Реавевеаса е и,о.+идмге а„ала 314 100, 331с г000 1500 1000 1000 001 о05 41 00 00 т „0,01 01 У~ ц Рнс. 23.а УдаеьныА инаульс двигатели 33Я-33А в юуааани еастоты валюеенид Рис. 33.3. Заансвзюсть удельаото импульса ЖРДМТ ет времени валютенаи нри разлив- ных паузах При работе в импульсном режиме параметры двигателя зависят от времени и частоты включения. Зависимость параметров от времени включения определяется временем заполнения заклапанных объемов и временем выхода ЖРДМТ на стационарный тепловой режим. На рис.
23.6 показан характер изменения удельного импульса по времени работы ЖРДМТ. Влияние частоты включения на параметры ЖРДМТ возникает из-за обмена массой при связанных (перекрывающихся) импульсах и остаточной температуры стенки камеры сгорания от предыдущего включения. Чем меньше пауза между включениями, тем выше остаточная температура стенки камеры при последующем включении, тем меньше интенсивность теплового потока от газа в стенку. На рис.
23.6 приведена опытная зависимость удельного импульса от частоты включения двигатели МК-60А !6). Следует отметить также, что в импульсном режиме ЖРДМТ работает, как правило, в условиях вакуума. Это оказывает значительное влияние на характеристики запуска. Экспериментально усгановлено, например, что для топлива !ь)303+НДМГ величина задержки воспламенения при понижении давления окружающей среды с О,! МПа до нуля возрастает с 0,001 до 0,01 с, что значительно ухудшает условия запуска.
33. 3. Д ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ В связи с импульсным режимом работы и весьма малыми расходамп компонентов топлива организация регенеративного охлаждения ЖРДМТ представляет большие трудности. Этот вид охлаждения возможен в сочетании с другими способами защиты стенок. Обычно для ЖРДМТ применяются следующие способы охлаждения стенок камеры или их сочетания: внутреннее завесное, наружное радиационное, емкостное, абляционное; для передачи тепла могут применяться тепловые трубы. Чаще всего ЖРДМТ имеют внутреннее охлаждение. При этом массовая доля охладителя составляет значительную величину: от ! 0 до 40% расхода компонента. Для защиты стенок сопла часто применяется радиационное охлаждение.
Наряду с радиационным и внутренним охлаждением в некоторых случаях используют емкостное охлаждение. Емкостью (аккумулятором) тепла при этом может быть не только сам двигатель, но и элементы конструкции космического аппарата; может применяться специальная емкость. Прн конечной величине теплопроводностн время выхода двигателя на установившийся тепловой режим достаточно большое, измеряемо~е десятками секунд. Поскольку теплоотвод в окружающую среду при работе ЖРДМТ не играет существенной роли, после запуска конструкция камеры аккумулирует тепло.
В связи с ростом температуры поверхности камеры со стороны газа тепловой поток по времени уменьшается. Температура стенки растет сначала быстро, а затем медленнее, асимптотически приближаясь к температуре газа в пограничном слое и выравниваясь по толщине стенки. Поэтому время работы двигателя ограничено допустимой температурой стенки, а пауза между включениями должна быть достаточной для остывания. Тепловой расчет того или иного способа защиты стенки камеры н сопла достаточно прост, если известны значения тепловых потоков от газа к стенке. ° Важной особенностью создания работоспособных ЖРДМТ является необходимость организации специальных мероприятий для поддержания температуры головки камеры в диапазоне, исключающем вскипание топлива в ее полости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
