Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Кроме того, происходит тепло- обмен между газом и стенками бака и жидкостью. Для определения температуры газа в баке запишем уравнение энергии, принимая для внутренней энергии зависимость Е=тс,Т, (с„=сопэ1) и полагая ты=О: Ф'зг Е,б,+Г~=Егб+Ед,+(~ Рббй'б, 1б где Я вЂ” энергия, полученная газом в результате теплоподвода (в том числе и специального подогрева) извне; ~ РббЛ~б — работа, 1'1б совершаемая газом при вытеснении топлива из бака.
Если принять, что давление в баке постоянно, т. е. Р1б=ргбе рб, У1б=О, то из уравнения энергии, искл1очая из него по формуле (24.8) величину тгб, по формуле (24.9) — тгб„, можно определить температуру Тгб. Используя затем уравнение состояния тгб=рб7р~|РТгб, зависи- мость (24.8), можно получить выражение для расчета массы газа вытеснения для системы ВПТ с редуктором: ее П | Рб+ лРгел 1 тгб„= — (РбРгб — (х — 1) ЯДс, Т, ~~1— )1. (24, 0) л — 1 й' Объем баллонов под газ может быть найден из уравнения состояния.
Из уравнения (24.10) следует, что масса газа и объем баллонов Могут быть уменьшены подводом тепла к газу. Подогревать газ можно в особом теплообменнике за счет тепла, снимаемого с камеры сгорания или получаемого при сжигании компонентов топлива в специальном подогревателе. 11 Я61 321 Как видно из зависимости (24.10), для определения т1ь„и объема баллонов необходимо задаться начальным давлением р,ьл. Выбирают его из следующих соображений: повышение Р1ь„слабо влияет на массу баллона и уменьшает его объем; чем выше р~ьл.
тем меньше будет в системе газа, не используемого в конце работы. ы. е х ОсовениОстя схемы пРямОГО РАсшнРення В схемах прямого расширения с дроссельной шайбой количество газа вытеснения определяется по зависимостям, аналогичным зависимостям для редукторных схем. Однако в данном случае давление в баке рь будет переменным.
Поэтому расчет производят в следующем порядке. По условиям вытекания газа через дроссельную шайбу вычисляют изменение давления в баке рь(т). В то же время, давление рь определяет расход топлива т (т), что позволяет 'найти объем, занимаемый газом вытеснения: 1 б 1'1б+ п1 Используя зависимости Рь(т) и Уь(т), вычисляют интеграл в уравнении энергии. Все дальнейшие рассуждения, используемые при рассмотрении редукторной схемы, справедливы и для схемы прямого расширения. В схемах прямого расширения без регулирующего элемента количество газа вытеснения выбирают из условия обеспечения в баке минимально допустимого рабочего давления к концу работы системы. м.
к е системы с пенмененнем генеРАтовного газА Работа, необходимая для вытеснения топлива иэ баков объемом Уь при постоянном давлении рь, составляет б Е=Рбкь. (24. 11) Теоретическая удельная работа 1 кг генераторного газа равна ,(.„= (РС)„= ЯТ)РР (24. 12) После газогенератора в системе трубопроводы — баки происходят следующие процессы: охлаждение генераторного газа в трубопроводах и баках; испарение компонентов топлива и частичное растворение в них газов. Эти процессы оказывают существенное влияние на работу системы.
Однако точно учесть это влияние затруднительно. Поэтому при проектировании ВПТ с применением газогенераторов проводят приблизительный расчет, а указанные явления учитывают введением опытных коэффициентов. Суммарный запас вспомогательного топлива, необходимый для выполнения работы 1.б, составит Рбд б Пбдод 1 Фг)дгчв.д (24. 13) гДе 41д — коэффиЦиент потеРь в системе вытесиительной поДачи (на участке газогенератор или аккумулятор — баки). Значение этого коэффициента 4) „=ЯТ)б/ЯТ)дд (24.
14) для предварительных оценок можно принять ° равным 0,2 — 0,4. В случае испарительных ЖГГ значение коэффициента 41,„может быть выше. еь ь 4. химическая система вытеснения Реагент хранится в отдельном баке и может подаваться в основной бак на свободную поверхность жидкости или в массу жидкости ниже ее поверхности. Характеристики процесса в баке — соотношение реагирующих компонентов й б, температура и состав продуктов сгорания и др.— определяются свойствами реагента и компонента, находящегося в баке. Расчет процесса газообразованпя осложняется тем, что количество генерируемого газа зависит не только от коэффициента соотношения компонентов Й б в баке, ио и от количества сконденсировавшихся продуктов реакций (массовая доля по отношению к газовой фазе 2).
Требуемое количество впрыскиваемого реагента (обычно «омпонента топлива) может быть найдено по формулам для бака окислителя: од Шр т 4цдод'=~ — ° 1 — 2 1+1 для бака горючего: г дав 1 тпд,„= —. 1 — 2 1+2~ (24. 16) где п4, — количество газообразных продуктов реакции, а значения г и й„,б различны для бака окислителя и горючего.
Если газ вытеснения в баке подчиняется уравнению состояния идеального газа, требуемое количество газообразных продуктов реакции можно найти по формуле глд Рв)'б)ЯзТи)' 114 где Р, †давлен продуктов реакции в баке; )г, — газовая постоянная газообразных продуктов реакции. Расчет температуры газа производят по уравнению энергии с . учетом теплообмена между газом и прилегающими стенками бака и внешним пространством, газом и жидкостью, жидкостью и прилегающими стенками. Учитывают, что часть теплового потока идет на увеличение энтальпии жидкости при конденсации продуктов сгорания. Для выявления основных принципиальных зависимостей приовем, что формула вида (24.13) справедлива для всех случаев вытеснительной подачи и не будем учитывать отличие свойств газа, используемого для баков окис; ителя и горючего.
В соответствии с формулами (24.7) и (24.13) величину е запишем так: в =- р 1.' эт, ЯТ) ц„в. Носкольку лтт/Ро=-ст. го Окт нчательно получаем =. =- Па/РР')ттцт,Л„'. (24. 17) Нз формулы (24.!7) видно, что важнейшей характеристикой, тшределяющей эффективность системы вытеснения, является велишшэ т), (11Т)„. Чем больше эта величина, тем меньше расход топлива (пли вспомогательного вещества) на подачу компонентов. 24л. ОЛРеделение 3АпАсА тОплиВА для туРБОИАсоснОП пОдАчи В ДВИГАТЕЛЕ БЕЗ ДОЖИГАНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА Необходимая суммарная работа, выполняемая в системе подачи, в этом случае составляет Ев='Дг„т, где )т',— мощность турбины, необходимая для привода насосов и различных агрегатов в Вт; т — время работы в с.
Теоретическая удельная работа генераторного газа при исполь- зовании его в турбнне равна адиабатиой работе расширения -Н-')='~ (24. 18) где ЯТ) „— удельная работоспособность генераторного газа иа входе в турбину в Дж(кг; 6=рва/рва|а — перепад давлений на тур- бнНЕ; Рвт, Рвота — ДаВЛЕНИЯ На ВХОДЕ И ВЫХОДЕ ИЗ ТуРбИНЫ.
Суммарный расход вспомогательного или основного топлива для привода турбины равен 4®аоа = ДГттМ тат) т) э где т1, — общий к. и. д. турбины, Относительный расход дополнительного топлива в предположе- нии т=сопз1 составит т т' т((лг7 аат) т) Если турбина приводит только топливные насосы, то ее мощность должна равняться сумме мощностей насосов окислителя и горючего ДГт=Жсок+Д1'и~.
(24. 19) Мощности насосов могут быть рассчитаны по формулам жждР«о«.о« . д~ ~'«дР«ад.« (24. 20) «л« е ч " в.ч... где ЙР«од= Р«од — Р««.д напор насоса в Па; Р~д.« — давление на входе в насос. Необходимое давление подачи за насосом Р„д определяют с учетом потерь давления в смесительной головке, в тракте охлаждения и в магистралях подачи: Р =Р.+АРе+АР. +АР (24.
21) Для выяснения лишь принципиальных зависимостей примем лР«о«.«« = аР«д«д= аРпо«~ Ч ««=Чн«=Ч«* Тогда уравнение баланса мощностей (24.19) можно привести к виду Так как «' + « = ~, то выражение дляЛ7,можно переписать е а, а так: Л',=АР „лба,). (24. 22) Подставляя выражение (24.22) в формулу для е, получим =А (ь««О Ч Ч ) (24. 23) илн в=Ар„«~(1. «о,Ч"Гщ), где Чтнд =Ч Ч, — к. п. д.
турбонасосного агрегата. Как видно из формулы (24.23), относительный расход допол- нительного топлива Увеличиваетси пРопОРционально Ьрд,д и Умень- шается с ростом адиабатной работы расширения, плотйости топ- лива и к.п,д. турбонасосного агрегата. Величина е используется при определении удельного импульса двигателя и обычно составляет 0,01 — 0,05. Меньшие значения отно- сятся к двигателям большей тяги и меньшего давления Р„. Сравнение зависимостей (24.17) и (24.23) показывает, что на относительный расход дополнительного топлива в системах вытес- нительной и турбонасосной подачи топлива влияют принципиально одни и те же факторы.
Важнейшей характеристикой, в частности, является удельная работа газа 1 „или (ЯТ) „. 24.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ПОДАЧИ В ДВИГАТЕЛЕ С ДОЖИГАНИЕМ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА Выбор и расчет параметров системы подачи ЖРД с дожиганием выполняется на основании уравнения энергетического баланса. Это уравнение соответствует раненству потребляемых н распола- (24. 26) гаемых мощностей в системе подачи, С его помощью устанавливается взаимосвязь между давлением в камере сгорания и перепадом давлений на турбине, гидравлическими сопротивлениями газовых и жидкостных магистралей двигателя, охлаждающих трактов и элементов смесеобразования при выбранных параметрах генераторного газа и заданном распределении топлива между камерой сгорания и газогенератором [газогенераторами).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
