Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 72
Текст из файла (страница 72)
аах Вмсатнаа караатсристика камсрм с днркиоанннонимм сон- ном ,У вЂ” в области О<ончики, Известны попытки полУчить двУхпозиционное сопло с помощью выдвижной юбки сопла, удаляемых вкладышей и др. Приведенные выше зависимости относятся к камерам с соплами Лаваля. Кольцевые сопла имеют значительно лучшие характеристики на режимах перерасширения, в том числе с отрывом потока внутри сопла. На таких режимах зти сопла обладают известной степенью саморегулирования, Так называемое штыревое сопло приближается к идеально регулируемому соплу в широком диапазоне высот.
25.3. ДРОССЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ао,а. с дроссельнАя ХАРАктернстнкА кАмеры н дВНРАтеля Дроссельную характеристику ЖРД называют также р а сходнойй или р егул и р о в очной, подчеркивая тем самым, что она отражает возможности регулирования величины тяги. Согласно уравнениям (25.2) теоретическая дроссельная характеристика камеры с постоянной геометрией при рн=сопз1 представляет собой: для тяги в пустоте и на высоте Н вЂ” уравнения прямых, одна из которых — Рн=)(рн) — проходит через начало координат, другая— рн=)(р,,) — параллельна первой и расположена ниже ее на величину рорн> для удельного импульса в пустоте — уравнение прямой, параллельной оси аргумента; для текущего удельного импульса Ьтн— уравнение гиперболы с асимптотами р„-~-со, Хт — 1ти и р„=О, ту — ОО.
Между давлением в камере сгорания р, и секундным расходом топлива ж существует однозначная связь, близкая, согласно фор- муле (7.36), к линейной зависимости, Поэтому дроссельную характеристику нередко изображают в координатах Р, Р,— т; 12, 1тлг— п2. Вид характеристики при этом практически не меняется по сравнению со случаем, когда в качестве аргумента выбрано давление р„. Пример теоретической дроссельной характеристики приведен на рис. 25.4. Для каждой камеры имеется определенный диапазон реализуемой характеристики от р,ии, до р,м„, которому соответствУет максимальный 2нм,„и минимальный тнн„секУнлиые Расходы топлива.
Режим т,т является предельно допустимым форси- ~У~блал ~у/гутли Дь Рис. 22.4. Тееретвческан дроссельиаи карактериствка каверн Рнс. 25Л. Сраеиеине овмтиой н расчетной дросселевой карактеристик: дг др йа рз Хи лт/" стол — — — расчет; — эксперимент рованным режимом, на который рассчитаны прочность и жаростойкость камеры. Режим и м может быть обусловлен порогом эффективной и устойчивой работы камеры, перегревом жидкости в тракте проточного регенеративного охлаждения камеры или другими ограничениями. На рис. 25.4 показан также участок характеристики с отрывом потока внутри сопла (штрихи — гипотетическое безотрывное течение).
Дроссельную характеристику можно получить экспериментально при стендовом испытании. Для ее определения требуются замеры тяги, секундного расхода топлива, давления в камере сгорания и давления окружающей среды. Сопоставление результатов расчета и экспериментального определения дроссельной характеристики показано на рис.
25.5 (в качестве аргумента выбран секундный расход топлива). В определенном диапазоне режимов обнаруживается хорошее совпадение, однако при значительном уменьшении расхода результаты опыта н расчета все больше расходятся. Объясняется это следующим образом.
Из уравнения расхода жидкости через форсунки т=рфГР р'2р„,Ьр~ (25. 3) следует, что перепад давлений на форсуиках Лр,к при постоянной площади Рэ изменяется пропорционально квадрату расхода. При 340 1 мс значительном уменьшении р, l Ьре ухудшаются процессы е-р распыливания и перемеши- е лт1 вания топлива, и, следова- ) тельно, уменьшается коэФ- ли фициент камеры сгорания ср,. Уместно отметить, что В1 зт опытные и расчетные значения тяги в функции р„сов- р12ж падают во всем диапазоне РИЧИНВ В ТОМ, рис.
лрлв дроссельные ларавтеристнвн лвмеоы н режимов. Причина в том. ЧТО укудШЕНИЕ КВЧЕСтВВ Прп- Лвитатели ирл Раолноиор вависнмостн о-др 1 цессов в камере сгорания при малых расходах топлива одинаково сказывается на давлении р, и тяге. При обработке результатов стендовых испытаний это представляет определенные удобства, равно как и возможность непосредственно контролировать регулируемый параметр — давление в камере сгорания. Дроссельные характеристики камер с кольцевымн соплами и соплами Лаваля на режимах недорасширения идентичны. На режимах перерасшнрення, при больших значениях ра,/ря, дроссельная характеристика камер с кольцевымп соплами более благоприятна в связи с возможностью саморегулирования (см. гл. ХЪ'). Сравнение дроссельных характеристик камеры и двигателя показано на рис. 25.6.
В основной камере двигателя с дожиганнем геиераторного газа нет дополнительного расхода вспомогательного топлива (е=О) и характеристики камеры и двигателя совпадают. Удельный импульс двигателей без дожигания генераторного газа ниже, чем удельный импульс основных камер. Отличия тем значительнее, чем больше е и чем сильнее зависимость а=1(р„) или е=((т). м.
а к осованиостн глрвокого дроссилнровлиия Недостатком регулирования тяги по дроссельной характеристике является уменьшение удельного импульса на всех режимах ниже максимального. Этот недостаток является особенно существенным прн глубоком дросселировании. В основном это уменьшение обусловлено снижением перепада давлений рс,/рп, а также ухудшением качества процессов в камере сгорания. Хотелось бы регулировать тягу камеры, поддерживая удельный импульс постоянным. Проанализируем, как принципиально это можно сделать. Для постоянства значений Ур при рн>0 нужно сохранить высокое качество процессов. Первое условие требует поддержания постоянными рос (а следовательно, и р ) и р,. ЕдинстВЕПНЫМ СРЕДСТВОМ СОХРаНЕННЯ НЕИЗМЕННЫМ Ррс ПРИ УМЕНЬШЕ, Им расхода является, как это следует из уравнения ро,=тр/Г„, уменьшение минимального сечения сопла Ги пропорционально расходу.
Для поддержания неизменным давления р, требуется сохранять 341 рем. ркк даа аариаата драссеаеией иараатерастиии аа- меры 342 геометрическую степень расширения, т. е. изменять площадь среза Г, пропорционально Р„ и т. Сохранять качество рабочего процесса в камере сгорания можно, поддерживая постоянным перепад давлений иа форсунках Ьрв. При уменьшении расхода топлива и при р„=сонэ( это можно сделать, как видно из выражения (25.3), уменьшая площадь впрыска Рэ, а также 4св и о пропорционально гп. Итак, для регулирования тяги по дроссельной характеристике расходом топлива при постоянном удельном импульсе в общем случае необходимо изменять Р, Р, и Рэ пропорционально гп.
В пустоте (при рв 0) изменения Р„и Р„не требуется. На рис. 25.7 приведена расчетная характеристика 1 камеры с изменяемыми проходными сечениями Для сравнения показана дроссельная характеристика 2 камеры с нерегулируемыми проходными сечениями. Некоторые технические вазможности регулирования Г, упоминались при рассмотрении высотной характеристики. Изменение суммарной площади проходных сечений форсунок Рв и коэффициента расхода принципиально осуществимо несколькими путями.
Можно, например, выключать отдельные группы форсунок, не изменяя оптимального режима оставшихся. Возможно изменение проходных сечений форсунок механическими средствами, изменение плеча закрутки и количества каналов (воздействпе на пв). Тот и другой способ осуществить довольно сложно. Возможен путь уменьшения плотности топлива, подаваемого через форсунки, путем подогрева криогенных компонентов, прн вводе в жидкий компонент инертного (гелнй, аргон, азот) илн генераторного газов. Небольшие количества инертного газа, имеющего малую молекулярную массу и, следовательно„высокую работоспособность, прак- ~»сесс> уАлтах тически не отражаются на удельном им- оу„,~ пульсе.
В то же время ввод газа обеспечи- 10 — вает широкий диапазон изменения расхода при постоянной геометрии форсунок без йз ухудшения качества и устойчивости процессов смесеобразования и горения. Изменять площадь минимального сече- 0,«в ния сопла Р„ можно механическим или га- , лф.„ „ зодинамическим способами.
Первый обычно д2 '' предполагает применение подвижных профилировапных «игл» («груш»), вводимых в минимальное сечение; второй — уменьшение эф- 52 фективного проходного сечения путем вдува ' и й2 04 О,е дв геэ газа. Практическое осуществление той или Г«1Г»тес другой системы представляет собой сложные конструкторские задачи. В табл. 25.1 охарактеризованы различ- ные способы изменения величины тяги. 333 3ы С3 х х й о 3 Й к х х х ы х ы ы я о ц Е Е Зу о3 о- к М к о 3О 33 ~~ х х н з х х х х ы х х х Е 3О о о и 33 о С3 3' х е Ф М 363 Ф Й Я х В~ 3К хны ы х о3 х3.3 Х 3О хк ох 3'3 Я к ох аЯ о х х ы хо о о ~Й о,х цО Р,„ ыы хх ' ы хх ыхо ох о,х х ы ы ц 3Щ ххо фХС~ 3О ° 3ХХ охх хо и к ох о с х,х их, ~ х х о'ы х ы ы х х О,О К х 2 йхх ы ы хь ох о охкЛ оооо„ о~й х Ю а о о 3 о Ф 3 В а а а о ы М $ а о и Ь\ о $" н о 1 з й аа 8.~ Ю Яо $" И.- о„, Коа аале а.~4~ а аао а аа~ а цю~ б ,а а -Е о о.
~Ф а а офа, а Г < жао а,~а о а ~а ь а~~ао аа а ю аа оа, а.ака ~а аааа ~оа аюо :Саа аж а а щ ай~а Ю Р Я с2„ а о а яо„ ай а бао М ю оодЛ вон ао~~ ЯЫ о Р а а м а а аа а а1 Й ~ З5.4. ОТКЛОНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕКОТОРЫХ АГРЕГАТОВ ДВИГАТЕЛЯ Лр„=др„( — ") =Я +т11 — ~ (=) 11па, (25.
5) где а — угол наклона касательной к кривой Лрп=/(т), т. е. к на- порной характеристике насоса. Иа основе статических характеристик могут быть получены зависимости, выражающие отклонения параметров основных агрегатов двигателя. Эти зависимости далее записываются в виде линейных уравнений, коэффициенты которых приведены в табл. 25.2.
1. Камера сгорания. Для вывода уравнения, связывающего малые отклонения параметров в камере сгорания, воспользуемся выражением для расходного комплекса, предполагая, что рп,=рта Р= — Р,.Р»/1п, где т=так+тг. Из этого выРажениЯ полУчаем Ьрк па гЬР» 1 кщг Рщ кщак — '= — — + — — + +.' рк р Р» 1+к гпг 1+кщ щк Для выбранных компонентов топлива р=р(р, й ); кроме того, если изменяегся температура компонентов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
