Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 81
Текст из файла (страница 81)
4) где величина ~ р„йх~т,=р представляет собой среднее по времени атмосферное давление на траектории активного участка полета. К найденным из теоретических соображений значениям р о т чаще всего вносят поправки. Они обычно сводятся к некоторому увеличению рассчитанного значения р,, в связи со следующими соображениями. Увеличение р означает уменьшение размеров и массы сопла.
При уменьшении поверхности сопла облегчается задача охлаждения его, снижается гидравлическое сопротивление охлаждающего тракта. В соплах меньших размеров проще обеспечивается необходимая прочность н жесткость. Максимум зависимости среднего удельного импульса от р„довоаьно пологий, поэтому некоторое повышение р, против р,о, мало снижаег экономичность. Таким образом, для определения оптимальной степени расширения газа а,, = (р,,~р,) необходимы зависимости Н=1(т) и р =1(т) на активном участке полета аппарата.
В частном случае постоянного давления в камере сгорания из выражения (28.3) получим Нужно заметить также, что выбор оптимального давлении р,„ т. е. выбор площади выходного сечения сопла. должен увязываться с компоновкой кормовой части летательного аппарата. Исследо- вани ания показывают, что условия взаимодействия реактивной струи и внешнего потока существенно отражаются на величине донного сопротивления аппарата. Несколько особо стоит вопрос о выборе оптимального сопла для камеры, все время работы которой протекает в пустоте.
Это относится к камерам верхних ступеней многоступенчатых ракет и космических аппаратов. Прирост скорости (-й ступени ракеты составляет )/'„— (у» П у1= Л(~„= Уу,„!п (лув(уп„). Значение 1у для камеры с нерегулируемым соплом не меняет'- ся за время полета. Очевидно, что снижение давления р, на выходе из сопла приводит к противоположному воздействию на ЛР, а именно: из-за увеличения з увеличивается удельный импульс, но из-за прироста массы сопла уменьшается отношение т,/ул„. В итоге, при определенном значении р, <,®„должен существовать максимум Л'у' .
Если представить удельный импульс в пустоте как ~у.п Г Р и ТО МОжно Записатв ЛЪ'„('Р= Кр„1п (луо/т„). Переменные величины, зависящие от р„оставлены в правой части. Ищется максимум Л)'„/й в функции от р„1рз или геометрической степени расширения У,. Величины р, р,1р, и Кр„связал ны между собой. Изменение массы при уменьшении р, может быть гриближенно оценено еще в самой лачальной стадии 51роекти~ровавия. От величины У, легко перейти к р,»,. Найденное значение р „, может быть увеличено по тем же соображениям, что и для ракет, проходящих плотные слои атмосферы.
При рассмотрении основных принципов выбора оптимальных параметров ЖРД предполагалось, что такие вопросы, как определение значения тяги одной камеры, выбор типа сопла (круглого или кольцевого), уже решены. Однако решение их является самостоятельной и весьма сложной проблемой. Так, при выборе уровня тяги одной камеры принимаются во внимание достигнутые ранее значения, накопленный опыт, наличие стендовой базы; располагаемые сроки н многие другие факторы.
25.5, ПАКЕТЪ1 ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК КАМЕРЫ ЖРЙ Важнейшим параметром камеры являегся удельный импульс, котоРый в значительной мере определяет характеристики летательного аппарата. Поэтому прогнозированию ожидаемого удельного импульса для вновь проектируемого двигателя уделяется наиболее серьезное внимание. 13 2561 При расчете характеристик реальной камеры необходимо учи тывать отклонения от характеристик идеальной камеры, вызванные следующими особенностями: неравномерным распределением компонентов топлива, неполным выделением энергии при сгорании, двухмерностью течения и неравномерностью параметров в выходном сечении сопла, трением и неадиабатностью течения, конечны ми скоростями химических реакций.
При независимой оценке влияния перечисленных особенностей роль каждой из них оценивалась соответствующими коэффициентами: «р,„„др, «р,р, гр . Однако весьма существенно, что имеется взаимодействие между различными процессами и потерями удельного импульса. Расчет параметров должен учитывать все процессы одновременно; недостаточно рассчитывать каждый вид потерь отдельно и затем вычитать сумму потерь из идеального значения параметра. Расчет различных по своей природе физических процессов с помощью одной сложной программы для ЗВМ нецелесообразен, поскольку создание такой программы потребовало бы значительных затрат при сравнительно узкой сфере ее применения.
Более целесообразным является применение различных пакетов прикладных программ, каждый из которых ориентирован на сравнительно широкую область применения, в связи с чем их разработка является экономически оправданной. В рассматриваемом случае целесообразна разработка и применение следующих пакетов прикладных программ: расчета параметров рабочих тел н идеальных процессов в двигателях и установках (пакет идеальных параметров ИП); расчета равновесных и неравновесных течений (пакет задач газовой динамики ГД)," расчета параметров турбулентного пограничного слоя (пакет задач турбулентного пограничного слоя ТПС). В зависимости от конкретной решаемой задачи из каждого пакета может быть выделено подмножество программ, которые затем могут быть объединены в одну программу, либо выполнение той или иной программы определяется в процессе диалога с ЭВМ.
Охарактеризуем области возможного применения каждого из 'пакетов прикладных программ при расчете ожидаемого удельного импульса. С помощью пакета идеальных параметров (ИП) определяются параметры на входе в сопло для неизобарной камеры сгорания в предположении химического равновесия и адиабатности процесса горения. Неполное горение имитируется уменьшением энтальпии топлива. Если распределение компонентов топлива (значение й ) по сечению неравномерное, расчет выполняется для заданной эпюры распределения компонентов.
С помощью пакета программ равновесных и неравновесных течений (ГД) рассчитываются параметры течения в сужающейся и расширяющейся частях сопла в том числе и положение звуковой линии. При неоднородном по химическому составу потока течение рассчитывается как течение с тангенциальными разрывами (см. гл. 1Х). Если параметры камеры (давленне на входе в сопло рм и диаметры минимального и выходного сечений д, д,) таковы, что по терн из-за химической неравновесности несущественны, то расчет выполняется для случая равновесного течения; в ином варианте'— для химически неравновесного течения.
Пакет программ турбулентного пограничного слои (ТПС) в рассматриваемом случае необходим для расчета условных толщин пограничного слоя — толщины вытеснения б" и потери импульса 4**. Первая из них используется для корректировки контура сопла с целью учета влияния пограничного слоя; вторая — для расчета потерь удельного импульса из-за трения. Схема взаимодействия пакетов прикладных программ показана иа рис. 28.8. Как видно, определение удельного импульса производится последовательными приближениями.
В начале рассчитываются параметры на входе в сопло. На основе этих результатов вычисляются параметры в сопле (соответствующие равновесному или неравновесному осесимметричным течениям), в том числе значения параметров на контуре сопла. Последние необходимы' для работы программ пакета ТПС. В результате выполнения программ пакета ТПС становятся известны параметры пограничного слоя, необходимые для корректировки контура сопла и расчета потерь импульса из-за трения. После корректировки контура вновь производится расчет параметров течения на предмет определения нх изменения из-за наличия пограничного слоя и т.
д. Имеющиеся экспериментальные данные могут служить для уточнения констант (см. гл. Х1Х),характеризующих неполное горение. Опыт применения за рубежом пакетов прикладных программ, примерно аналогичных по назначению, свидетельствует об их больших возможностях. Так, погрешность прогнозирования значений 'удельного импульса в пустоте может составлять существенно менее 1т0. Часть четвертая РАКЕТНЫЕ ДВИГА ТЕЛИ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ Глава ХХIХ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ЗЗЛ. СОСТАВ РДТТ Характерной особенностью ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) является размещение в камере сгорания всего запаса твердого топлива и отсутствие системы подачи. Примеры схем современных РДТТ приведены на рис.
29.1 — 29.2. В зависимости от числа камер могут быть однокамерные и многокамерные РДТТ. В случае многокамерных РДТТ отдельные камеры соединяют между собой специальными газоводами для выравнивания давления. Твердое ракетное топливо(ТРТ), содержащее в своем составе окислитель и горючее, помещается в камере сгорания в виде одного или нескольких блоков, называемых зарядом. Отдельныеповерхности заряда для защиты от горения покрыты специальным составом-б р о н и р о в к о й.
Корпус РДТТ в большинстве случаев является и корпусом летательного аппарата. Для изготовления корпуса применяют металлические и неметаллические материалы, их сочетания. Корпус может иметь внешние теплозащитные покрытия. Камера РДТТ обычно имеет переднее и заднее (сопловое) днище. Сопловой блок, состоящийизодногоилинескольких сопел, может составлять одно целое с задним днищем, либо соединяться с ним различными способами. Заряд, размещаемый внутри камеры, может быть либо свободно вложен в камеру, либо прочно скреплен с ее стенками.
В первом случае для фиксации заряда предусматривают различные удерживающие устройства (диафрагмы, решетки). Воспламенение топлива осуществляется специальным в о сп л аменителем. Горение происходит по поверхностям заряда, не защищенным бронирующим покрытием. Воспламенители имеют раз"ообразное конструкторское исполнение и могут размещаться со стороны как переднего, так и соплового днищ. В РДТТ жидкие охладители, как правило, не применяются. Позтому поверхности камеры двигателя, омываемые продуктами сго- рания, обычно частично или полностью покрыты теплозащитнымн покрытиями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
