Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 88
Текст из файла (страница 88)
После зажигания заряда воспламеннтеля продукты сгорания истекают в свободный объем, вытесняя холодный воздух из канала. распространение фронта горячих газов сопровождается возникновением волн давления, которые, двигаясь по каналу, отражаются от заднего днища и взаимодействуют друг с другом. Если воспламенитель расположен в сопловой части, то продукты сгорания воспламенителя вытесняют воздух из канала в свободный объем у пеРеднего днища, одновременно часть газов истекает через сопло.
В этот период происходит повышение давления и нагрев поверхности твердого топлива продуктами сгорания заряда воспламенителя. Передача тепла к поверхности основного заряда от продуктов сгоРания возможна посредством излучения, конвекции и горячими частицами, попадающими на поверхность заряда. За время этой стадии некоторые участки поверхности заряда достигают критических условий воспламенения.
следующей стадии происходит распространение пламени по всей поверхности. Часть продуктов сгорания основного заряда твердого топлива смешивается с продуктами сгорания воспламенителя " омывая поверхность, вызывает усиление прогрева поверхности вар~да. Применение. пиротехнических смесей„содержащих значи.- 14 2661 '417 'тельное количество конденсированных частиц, приводит к образо ванию горячих очагов.
Распространение по поверхности пламени происходит путем смыкания локальных очагов. Завершающая стадия — это нарастание давления и выход двн. гателя на стационарный режим. В этот период происходит догора пие остатков воспламенительной смеси, выравнивание газоприход с тюверхности горения ~и расхода газа, истекающего через сопле Процесс воспламенения является сложным нестационарным процессом, и деление его на стадии в определенной степени условно Однако в общих чертах рассмотренная физическая модель подтвер ждается результатами экспериментальных исследований, например с помощью киносъемки. Г1Ри воспламенении на опРеделенной стадии пРоцесса пРотекают экзотермические химические реакции. В теории воспламенения на иболее разработанной является тепловая модель воспламенения, достаточно подтвержденная экспериментом.
Она предполагает протекание экзотермических реакций в конденсированной фазе в уело виях нестацнонарного нагрева поверхности. В качестве допущений принята независимость процесса от параметров окружающей среды. Скорости химических реакций определяются законом Аррениуса, Условием воспламенения является достижение на поверхности топлива критической температуры, обеспечивающей протекание реакций в конденсированной фазе. Однако тепловая модель не объясняет некоторые факты, например, влияние среды. Считается, что она неприменима к смесевым топливам, для которых механизм воспламенения основывается на химических реакциях в газовой фазе. Модель воспламенения с учетом газофазных реакций основывается на процессах теплообмена и химических реакций в слое газов, примыкающих к поверхности топлива. В результате нагрева поверхности продукты термического разложения горючего (имеющего более высокую, чем окислитель, скорость разложения) вступают в реакцию с окислителем окружающей среды, тем самым поддерживаются экзотермические реакции.
Условием устойчивого воспламенения смесевого топлива является нагрев поверхности топлива до температуры пиролиза горючего или окислителя (если окружающая среда не содержит кислорода). Кзк для двухосновного, так и для смесевого топлива необходимым условием воспламенения является достижение критической температуры поверхности топлива, при которой протекают самоподдерживающиеся экзотермические реакции в конденсированной или газовой фазах.
Эь К К ОСНОВНЫВ ФАКТОРЫ, ВЛНЯЮЩИВ ВА ВОСПЛАМЕИВНИВ Важнейшей характеристикой воспламенения является время за держки воспламенения, определяющееся в основном тепловым по током к топливу от заряда воспламенителя. для тепловой модел" 418 Рнс. авил. Зненснместе времене валериан воспламенение от плотности теплевото нотона н давлении Глава ХХХП ГАЗОТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ В КАМЕРЕ РДТТ Зз.!. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ Параметры рабочего процесса в камере РДТТ, определяющие тягу н удельный импульс двигателя, зависят от скорости горения твердого топлива.
Последняя в соответствии с формулами гл. ХХХ1 определяется локальными значениями параметров потока. Поэтому при проектировании РДТТ возникает необходимость Расчета газодинамических параметров газа около горящей поз ре хи. Заряд РДТТ часто имеет сложную пространственную геометрическую форму. поверхности горения. Решение задачи об определении газодинамических параметров в этом случае должно основываться на решении системы уравнений трехмерного движения газа, Этн нес е и уравнения обычно записывают при следующих допущениях ущественно влияющих на конечные результаты вычислений: в Рассматриваемом объеме отсутствуют источники и стоки массы; газ невязклй и нетеплопроводный; из всех объемных сил, действу яз-за иа на газ, учитывается лишь объемная сила возникаккцая в наличия распределенных в газе конденсированных частиц.
14 419 воспламенения связь между тепловым по- оком н временем задержки воспламенения выражается соотношением т-А/Ф, 131. 13) где А — некоторый коэффициент. Ю' Как видно, время задержки существенно э~висит от плотности теплового потока. Время задержки зависит также от давления воспламенения. На рис. 31.12 в качестве примера показана зависимость време- лгт ии задержки воспламенения ТРТ от плотности теплового потока и давления. Воспламеняемость твердых топлив завн- р д м гз вз сит от их состава н начальной температуры. у м-", 'вгГлел двухосновные топлива воспламеняются сравнительно легко с малой задержкой воспламенения вследствие низких температур самовоспламенения.
Но для их воспламенения необходим высокий начальный уровень давления (3 МПа и выше). Воспламеняемость смесевых топлив хуже, чем двухосновных, но для ннх характерна малая допустимая величина начального давления. (82. 6) (32. 8) Внося символ производной по времени пад интеграл (объем произволен и не зависит от времени), получим [де+5(„( (да В силу произвольности объема нулю может быть равно только выражение, заключенное в скобки, т. е. дЕ (-б(т (Е,"у) =О. дз дналогичным образом могут быть преобразованы и уравнения (32.2), (32.3). Важным частным случаем пространственных течений является осесимметричное невязкое и нетеплопроводное течение.
Если при этом еще предположить отсутствие частиц конденсата в продуктах сгорания или равновесность течения двухфазной смеси ((=О), то с помощью формулы Гаусса — Остроградского систему уравнений (322) — (32.3) можно привести к виду д(еу) + д(е у) + д(е уу) (82. 5) И дх ду д(Ещ у) д [(р+ Ев~~)у1 д(уи еуу) + =0; дх дх ду д(Ее„у) д(Ем а~ау) д [(р+ Ее~) у1 дм дх ду д [Е (е.)-наД)у) д(Ев (у.(- р(Е -(-та)2) у) дю дх д (Ему (е + р(Е + ад)2) у) ду Здесь нижними индексами х, у отмечены проекции соответствующего вектора на координатные оси.
Левые части этих уравнений имеют вид дАз +дА| +дАз дт дх ду Такая форма записи уравнений называется днвер гент-ной. Она часто предпочтительнее других при решении задач внутренней газовой динамики РДТТ. Число независимых переменных в уравнениях (32.5) — (32.8) по сравнению с системой (32.1) — (32.5) сократилось до трех. Это существенно облегчает решение. Уравнение состояния (32з4) и четыре уравнения (32;5) — (32.8) позволяют найти пять неизвестных параметров: е, е, р, ~о юу в функции координат и времени. Для определения газодинамйческих параметров нз системы (32 5) — (32.8) в каждом конкретном случае должны быть заданы 42( граничные и начальные условия, отражающие особенности контура канала и условия работы РДТТ.
Типичная форма канала РДГг показана на рис. 32.2. Там же обозначены линии тока газа. Область интегрирования системы уравнений (32.5) — (32.8) ограничивается внутренней поверхностью заряда, непроницаемыми для газа стенками камеры и сопла и некоторым сечением тт' — Й, которое может располагаться как до минимального сечения, так ива ним. В частном случае оно может совпадать с выходным сечением сопла. Форма канала обычно известна заранее. Для постановки задачи о расчете нестационарных осесимметричных течений продуктов сгорания необходимо задать три неза- Рис. 32.2.
Линни тена и траите Рдтт прн есесимметрнчием течении (и 1Ф 1ы висимых условия на входе в канал. Применительно к решению задачи для РДТТ это должны быть три условия на горящей (проницаемой для газа) поверхности заряда. Такими условиями являются: в) значение энергии е„равное для конденсированных веществ энтальпии, в данном случае — знтальпин топлива с,; б) распределение плотности потока массы с горящей поверхности в направлении ПО НОРМаЛН К НЕй: атон=)'(Р. ТР); В) РаВЕНСтВО НУЛЮ КаеатЕЛЬНОй составляющей вектора скорости к горящей поверхности. Если в сечении Ф вЂ” % течение дозвуковое, то здесь необходимо задание одного дополнительного соотношения.
Например, можно задать распределение угла наклона вектора скорости к оси сопла. Если же сечение Дт — У расположено таким образом, что скорость везде в сечении сверхзвуковая, то трех условий на входе в канал достаточно для определения единственного решения. На непроницаемой поверхности (стенка камеры или сопла) обычно принимают, что значение составляющей вектора скорости, нормальной к стенке, равно нулю. Кроме того, должно быть задано некоторое начальное распределения параметров газа тв„тпр, р, о, е= )г(0, х, у). Можно показать (701 что в частном случае течения невязкой и несжимаемой жидкости в цилиндрическом канале при постоянной скорости горения и справедливо следующее распределение скоростей по радиусу и вдоль оси: тв,=сов ~ — г') я„р; га~р= — з1п ~ — г'~ и; ювнр=лхи, где х=х(гн; г=г/гн; г„— радиус канала; рв„р — скорость потока на оси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
