Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Геометрия тракта охлаждення Хань ВЫБОР ТОПЛИВА И КОЭФФИЦИЕНТА ИЗБЫТКА ОКИСЛИТЕЛЯ Наиболее эффектйвное топливо из нескольких подходящих, например, по эксплуатационным и экономическим характеристикам можно выбрать, применяя методику оценки топлива по идеальной скорости Уид. Сравнение эффективности различных топлив производится обычно для характерных случаев проектирования, рассмотренных в гл. 1П. После определения показателя с для любого из вариантов проектирования по формулам (3.35) или (3.44) оптимальное топливо выбирают, сравнивая значения комплекса /то',, пропорциональные значениям У „.
Максимум отвечает наиболее эффектбйвному топливу. Для каждой топливной пары (окислитель+горючее) необходимо оценить изменение Умд в зависимости от коэффициента избытка окислителя аои. Делается это с помощью уравнения (3.26), в котором / и о, зависят от а„о а величину а„считают постоянной. На рис. 28.1 показано рассчитанное изменение плотности некоторых топлив в зависимости от ааи. Обычно дом>))„поэтому с увеличением аа„плотность топлива увеличивается.
На рис. 28.2 для этих же топлив приведены зависимости удельного импульса от 0 „. ИспользУЯ зависимости /тл)=1(аои) и От=1(аок), полУчим изменение Унд по аа (рис. 28.3). 10, г/смв 101 уд д,м/с 0000 07 ай 00 00 10 17ССВК 07 0Д00 80 40 17040)С 07 00 1х0 Сдск рос. гв.) Рис. гвл лис. гв.г РНС. 28.). ЗаВИСИМОСтЬ ОЛатааоти тааанаа От Оа„с 1етмрехокись азота+несимметричный диметилгидрезии; 2 — жидкий кислород+керосин: 8- жалкий Фтор+жидкий волород: 4 — жидкий кислород+жилкий водород рвс.
м.т. завис з рд з о таас в рс а е а о „: Рм )5 Мпа; е=-800 )обозначении оо рис. 28. Н рвс. 28.2. зависимость идеальной скорости ат о„„з ок=в О ) н (обозначение на рис. 28 П ВП 77,П, лт лна Нввв вппа тв дб) 3.7 пл7ттл=ипллп Плант п,п Я, впвп 77 йп и 77,П ПВ 7р,н,н Вгпв и +нлрррлн хв зппп п, н,н, Пвв 47 ПВП йв 4ВП П74П7ПППИ47 ПЛ ПП 7П ЫП7 Рг "у'лт' Раа. аад Даатпаыиа Гт а-ци,1 ДЛИ Иаааааитвчда тИИЛИИт Ро Опб Мпа длл топлива Р,+илии Ро =ИЛ Мпа Рла Рт+Нил а От+НИ Роо=бд Мна дла оотальиых; Го=40 Из сравнения графиков 28.2 и 28.3 можно сделать следующие заключения.
Максимумы 1'„„наблюдаются для всех топлив при значениях пото больших, чем те, при которых достигается максимальный удельный импульс. Разница между аот~(Кщ тлах) и и пои()в таад) обусловлена характером изменения о, по а,и. Эта разница тем больше, чем больше различие между оо„и от. Сравнительная оценка топлива по $~ д может дать, как это видно, существенно иные результаты, чем оценка по удельному импульсу. Как было показано ранее„ величина 1' д пропорциональна произведению 1тол, в котором показатель с определяют.в зависимости от варианта проектирования по формулам (3.35) или (3.44). Первую оценку оптимального топлива и оптимального значения аои удобно проводить по графикам, построенным в координатах 1п!„.и и 1п о, (рнс.
28.4 н 28.5). В них линии постоянных значений 1„,ио', представляют собой прямые, наклон которых определяется угловым коэффициентом с. Для каждого значения с можно построить . семейство параллельных прямых (наклон прямых при различных с показан на графиках). Сме|цение прямой вправо, в сторону боль- ШИХ От, ОЗНаЧаЕт РОСТ ВЕЛИЧИНЫ т,,иО И, СЛЕДОВатЕЛЬНО, РОСТ ИДЕ- альной скорости. Таким образом, максимальное для данного топлива значение г' „ соответствует касательной к кривой 1п .(», = =~(1п дт), точка касания определяет оптимальное значение л . Сравнивая максимальные значения $', для разных топлив.
можно выбрать наиболее эффективное топливо. Надо заметить, что приведенный анализ позволяет сравнить топлива лишь по одному показателю. В реальном случае при выборе топлива необходимо учитывать и другие факторы. Надежность и возможность создания ракетного комплекса в подходящи~ 777Р77 70777 гВЗ77 тип рр77 1177 171 7,70 12г 7хл 1з77 7Дл Азз /7, с1гм. Ряс.
МХ Дяаграяяа 1 я 7(а ) лля схабялхяых хаяляа: Р, азнпа;Р 1а сроки зависят от топлива, и, несомненно, прн выборе топлива должны учитываться такие факторы, как освоенность топлива, наличие и масштабы его производства, опыт работы с топливом и др. 28.3. ВЫБОР ДАВЛЕНИЯ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ При выборе давления в камере сгорания в качестве критерия мож- НО ПрИНятЬ ПараМЕтр /х/7ла. ОПтИМаЛЬНОЕ даВЛЕНИЕ р„... СООтастсгвУет максимУмУ /л/л7л. Запишем последнюю величинУ в виДе л 7 л7х Я7о Г' щ, Удельный импульс двигателя в общем случае можно записать '"ак: /х =/7/(1+ ) "де Хт — удельный импульс камеры; в — относительный расход осковного нли вспомогательного топлива, затраченного на привод ТНА двигателя без дожигания генераторного газа. Для двигателя с вытеснительной подачей топлива или с насосной подачей, на с дожиганием генераторного газа значение а равно нулю.
Однако в первом случае необходима дополнительная м~сса рабочего вещества для выполнения работы вытеснения. Эта масса входит в конечную массу аппарата и зависит от давления р,. Масса топлива на борту аппарата, включая топливо иа приво2Х ТНА при ечьО составляет ло, = Впо — ло„, — 2п„о, где то — полная масса аппарата; т„о — часть конечной массы ап пирата, не зависящая от давления р, (в том числе, полезный груз); т„о — часть конечной массы аппарата, зависящая от давления р,. В У I Мк1 Шкот Отсюда — = — ~1 — —" «:о !+' мо мо Обозначим 1у Л (рк)! о У2 (рк) ло„,/тоф,1 (Р,) = сонэ!; т„о/лоо —— 12 (Рк), (28.
11 после чего получим 11 сопз! 1 з (рк)). 1, 1 (р ) (28. 2) «оо ! + 12(р ) Если зависимости (28.1) заданы аналитически (для типовых проектов используются полуэмпирические соотношения), то выражение (28.2) можно продифференцировать по р, для отыскания '- максимума 121«2о. Зависимость Ху от р определяется видом основного топлива; зависимость в=12(р,) — видом вспомогательного топлива, а также типом и степенью совершенства системы подачи топлива.
Зависимость массы т„о определяется, главным образом, конструктивной схемой двигательной установки и применяемыми материалами. Основную долю массы л2„2 составляет масса средств подачи топлива, включая баки. Зависимость массы средств подачи топлива от р„ различна для насосной и вытеснительной систем. Для последней масса газогенератора или аккумулятора давления, нагруженных топливных баков и трубопроводов возрастает при увеличении р; значительно более интенсивно, чем в случае насосной подачи. В нее же входит вся масса вещества, использованного для подачи топлива.
Входящая в величину «2„2 масса камеры двигателя изменяется довольно слабо. При постоянной массе элементов арматуры камеры масса собственно камеры сгорания с ростом р„несколько . уменьшается, главным образом вследствие уменьшения массы головки (диаметр камеры сгорания с заданной тягой Р при увеличении р, уменьшается, но стенки утолщаются).
Во всех случаях увеличение массы т,,о приводит к уменьшениЮ относительного содержания топлива т /то и, следовательно, уменьшению суммарного импульса 1В при фиксированной началь. ной массе аппарата. Так же влияет на 12 относительный расход дополнительного топлива е. Рост удельного импульса при увеличе" НИИ р, ВЕдЕт К УВЕЛИЧЕНИЮ 12. В ИТОГЕ Прн НЕКОтОрОМ ЗНаЧЕНИИ рк имеется максимум 12/то (рис. 28.6). По мере улучшения массовых тл,г 7 /тр У 72 27 Еб р~,гяггл Риг.
гб.у Риг.уб. б Рнс. тзе. Завнснмоссь врнтсрнв |аулы от давленнв в нвмсрс стернина прн вмтсснвтсльной в турбонзсосной подаче топлива гз,т, З«знснмость отвосмгслыыго полезного грува, еьнеднмого ва орбнту НСЗ высотой бгс «м, ог дввлснн« в «вмерз сгорание« 7 — жрд с ложнгсннсм гснсрагорного газа; 2 — ЖРД без дожнганнн; а — нсрсгулнрусмое сопле; 6 †регулируем по высоте согло 284. ВЪ|БОР ПАРАМЕГРОВ ВЫХОДНОГО сеЧеНИЯ СОПЛА Выбор параметров выходного сечения сопла означает выбор опти- мального давленич на выходе из сопла ро о„, которое обеспечива- характеристик (вариант 2 лучше по массовым характеристикам, ЧЕМ ВаРИаыт 1) ПОЛОЖЕНИЕ МаКСИМУМа Уз|те СДВИГаЕтСЯ В СТОРОНУ более высоких р,.
Этому же способствует уменьшение относительного расхода дополнительного топлива. Оптимальные значения р„ для двигателей с турбонасосной подачей топлива выше, чем для двигателей с вытеснительной подачей, а максимумы зависимости 72)т = ~ (р ) являются более пологими. В случае использования турбонасосной системы подачи с дожиганием рабочего тела в основной камере сгорания величина е равна нулю, и, как следует качественно нз формулы (28.2), максимум 1з/то должен смещаться в область более высоких давлений р,по сравнению с двигателем без дожигания.
Пример результатов выбора оптимального давления для двух рассматриваемых вариантов приведен на рис. 28.7, где в качестве критерия приват относительный полезный груз т „выводимый на орбиту искусственного спутника Земли. По сведениям зарубежной печати, значения рлспг составляют: при турбоиасосыай подаче топлива около 7 — |О МПа для двигателей без дожиганин и более 20 МПа для двигателей с дожигаиием генераторного газа; при вытесннтельной пода~с — приблизительно 2 — 3 МПа. На практике иногда приходится выбирать значения р,(77„,ы такими, чтобы можно было обеспечить надежное охлаждение камеры. Кроме того при выборе давления в камере сгорания проектируемого двигателя приходится учитывать, конечно, насколько близко полученное р„, к освоенному уровню давлений в современных двигателях. При слишком большом разрыве удлиняются сроки н стоимость ютработнн двигателя ~с высокой .надежностью.
ет при прочих заданных условиях максимальную конечную или идеальную скорость аппарата. Изменение р, вызовет дзменение размеров сопла: прн уменьшении р увеличатся площадь выходного сечения Г, и длина сопла. В итоге увеличится масса сопла. Если масса сопла составляет небольшую долю конечной массы аппарата, то ее увеличением можно в первом приближении пренебречь и считать при различных вариантах сопел конечную массу аппарата т„неизменной. При заданной величине та=сопя(, следовательно, сохранится неизменной и величина та/гл„.
Тогда максимум идеальной скорости У будет соответствовать максимуму среднего удельного импульса 1т. Отсюда при заданном значении давления р в камере сгорания следует подобрать такое значение р„которое обеспечит 1т„„„, определяемое с учетом различных значений потерь удельного импульса и на нерасчетных режимах сопла. Можно показать, что максимум 1, достигаетоя при степени расширения газа, удовлетворяющей условию 1 1 Р 1 ~аонк Рк ~о3ч язв (28. 3) Р Лт Рао~~= тэке =рн (28.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
