Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Тогда и„э — — (и, — и„,)/(1,15п„ж,). (3. 39) Определим изменение )/,щ, обусловленное сменой топлива. За- писывая дифференциал выражения Ъ"т=/ 1п(и /и,) с учетом равенства ип=сопз1, получим ИЬ' = 1п (и,/и,) д1„— 1, (ди„/и„). (3. 40) Если гП' д — — О, то пт„ /г т„)п (тп/тп) Так как и„=ию+и„э н и,а =сонэ(, то дик=див. На основании выражения (3.39) можно записать (3. 42) 1.15апэЦ~ Ят Подставляя выражение (3.42) в равенство (3.41), получим — '+ "' ' '"=о И (3. 43) )п (тп/т,) По аналогии с предыдущим вариантом (см.
формулу (3.34)1 можно заключить, что зависимость (3.43) отвечает выражению 1 9,'=сопз1, т а/т~ тт/т, (3. 44) )п (тп/т„) !и и„ Следовательно, и в этом случае нахождение максимума )/пп сводится к определению максимума величины 1 о,', но с новым зна- чением показателя с, Зависимость (3.44), определяющая значение с, приведена на рис. 3.9. Для одноступенчатых баллистических снарядов и верхних ступеней ракет )г„)5, а ипа/и (0,5; при этом значения с невелики и меньше, чем в предыдущем случае. Это озна- чает, что если объем топлива не лимитирован, влияние плотности топлива на величину Ь'„л уменьшается. Этим объясняются рекомендации применять для 'верхних ступеней ракет топлива с высоким удельным импульсом, хотя бы и с малой плотностью, например, жидкий кислород с жидким водородом.
Рас. В.о. Заваснеюсю лолаватела с от массовото ввела Р„а ото осателыюа массы матра» а э.)ли Учет сил аэродинамического сопротивления и земного тяготения принципиально не изменяет полученных в этом подразделе выводов а о. 3. О пРнменеНии тОплиВ пеРеменнОГО сОСтАВА Из приведенных выше методик оценки эффективности топлив, принципы которых были изложены еще в ранних работах В.
П. Глушко (20), следует, что на разных стадиях выполнения сложной программы активного полета рационально использовать разные топлива с различным сочетанием таких основных характеристик, как удельный импульс и плотность. Эти положения реализуются ныне при создании многоступенчатых ракетных аппаратов, первые ступени которых работают на топливе повышенной плотности (например, кислород и керосин), а последующие — на топливе с меньшей плотностью, ио с высоким удельным импульсом (например, кислород и водород) . В ряде случаев целесообразно применение топлив переменного состава даже в пределах одной ступени.
Возможно, например, программированное изменение коэффициента избытка окислителя (соотношения окислителя и горючего) нли добавление тяжелых инертных примесей к основному топливу. В последнее время широко обсуждается концепция двухтопливного ЖРД, работающего на одном и том же окислителе (жидкий кислород), но последовательно меняющего углеводородное горючее высокой плотности на жидкий водород. Часть вторая ОБЩИЕ МЕТОДЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТА А. ТЕРМОГАЗОДИНАМИКА ИДЕАЛЬНЫХ ПОТОКОВ Тлаеа 1У НЕОБХОДИМЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА 4Л.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Цель термогазодинамического расчета — получение данных, необходимых для определения секундного расхода топлива и размеров камеры, а также для расчета газодинамических процессов и процессов теплообмена. Такими данными обычно являются удельные параметры камеры, параметры потока — температура, давление„ скорость н др.,— термодинамические и теплофизнческие свойства рабочего тела и его химический состав. В совокупности указанные величины обычно называют термодинамическим и х ар а ктеристиками. Термодинамические характеристики определяют расчетом идеальных пропессов методами, изложенными в последующих главах. Расчет производят при некоторых общих допущениях, без учета особенностей конкретной камеры (таких, например, как система смесеобразования, контур сопла и т.
п.). При этом термодинамические характеристики зависят лишь от природы топлива и от основных параметров процессов в камере. К числу последних обычно относят давление в камере сгорания или на входе в сопло, а также параметры, характеризующие выбранное (рассматриваемое) сечение сопла (нагтример, давление .в выходном сечении сопла, геометрическая степень расширения и др.). Для химических топлив важнейшими параметрами, определяю. щими термодинамические характеристики, являются энтальпия и элементарный химический состав топлива. Элементарный химический состав характеризует содержание в топливе различных химических элементов и определяет качественно возможный состав индивидуальных веществ, образующих продукты сгорания. Для количественного определения состава, а также для расчета других термодинамических характеристик необходимы данные об энтальпии топлива (либо о температуре продуктов сгорания), константах равновесия, термодинамических свойствах индивидуальных веществ.
4,2. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ ОБ ЭЛЕМЕНТАРНОМ СОСТАВЕ ТОПЛИВА Топливо может быть однокомпонентным (унитарным), двухкомпонентным и многокомпонентным. Вид химической формулы топлива, выражающей заданный элементарный состав, не влияет ннк результат термодинамического расчета. Поэтому элементарный'. состав топлива целесообразно представлять условной формулой. Условная формула обычно относится к некоторой условной молекулярной массе р,. Если топливо состоит из т химических элементов, то его условную формулу записывают так: АГ)АГ)АР' А)' (4. 1) и кк "Зт тг где АРЛ вЂ” символ 1-го химического элемента, например: Ап) — С, АИ)— Н, АН> — )к"; Ь;,— количество атомов (-го химического элемента в условной молекуле топлива.
Молекулярная масса топлива, заданная условной формулой равна рк = ~~ К Ььт (4. 2) с=1 где р; — атомная масса химического элемента АН), имеющая размерность кгlкмоль (г/моль). 43. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ ОБ ЭЛЕМЕНТАРНОМ СОСТАВЕ КОМПОНЕНТА Компоненты топлива могут быть индивидуальными веществами или смесью веществ. Состав компонента также рационально задавать условной формулой вида (4.1): Аае ~АаЬ ) А1) А1т) 1к ак 1к тк с молекулярной массой т Р,=,'~ Р,Ь,к.
1-1 Рассмотрим наиболее характерные случаи записи условной химической формулы компонента. 1. Компонент — индивидуальное вещество. В этом случае для Расчетов можно использовать его истинную химическую фоРмулу, например, Оь НаОБ Ри Ь(аН, и т. д., с молекулярной массой )к. Если химическую формулу компонента отнести к условной (произвольной) молекулярной массе рм, то число атомов Ьея 1-го элемента в условной молекуле определяется соотношением Ь.к=Ь! (РА ). (4.
5) Например, условная химическая формула гядрааяна (истинная химическая ф~рму~а НкНм Ьн=й, Ьн=4, и=32,048), отнесенная к условной молекулярной массе )кк= )00 заиисываетси в виде ЫклкН1к,м(Р„(и=3,12). 2. Компонент задан массовым элементарным составом. Если пг — массовая доля (-го химического элемента в компоненте, то число атомов этого элемента в условной молекуле с молекулярной массой рн равно Ь.=Р. (а ЬР ). (4. 8) Так, хкмлческкй состав керосина часто задают массовыми далями углерода; например: яс 0,86 н водорода пн =0,14.
Задаваясь пронзвольно условной молекулярной массой р =100, получаем Ьс=7,!6 н Ьн=13,89. Следовательно, условная формула керосина записывается в вкпе Сг.гаНсьвз(АН1 — С, А!ах-Н, Ь~л=7,16, Ьал= 13,89). 3. Компонент — смесь нескольких веществ. В компоненте г вечпеств, каждое вещество, нааример п-е, записывается условной или истинной химической формулой вида (4.3) с молекулярной массой )г и составляет массовую долю я . Количество молей и-го вещества в условном моле компонента с молекулярной массой (гк составляет гг„=-Р,„(йл/Р„).
(4. 7) Тогда количество атомов г-го химического элемента в условной молекуле компонента равно Ьгй= )г,й1лпл. (4. 8) л-г Злпншем, например, условную хкмнческую формулу компонента — 98% перекксн водорода(хи, =0,98, а о —— 0,02) ка молекулярную массу рл— - 1000. По формуле (4. 7) вычисляем и ° = 28„81. и „= 1,11, где р,, = 34,016, рн Π— — 18,016. Затем по формуле (4. 8) рассчитываем: Ьн = 2'н.ог + 2"н,о = 69,84; Ьо=2лн.ов+',но=68 73 Условная формула одного моля 98ч/ч НаОт имеет внд НгкыОм,тз', ил=1000.
4,4. ПАРАМЕТРЫ ДВУХ- И МИОГОКОМПОНЕНТНОГО ТОПЛИВА алл. Соотношвннв кОмпОнентОВ в двкхкомпонвнтном топливе Двухкомпонентпое топливо, состоящее из окислителя и горючего, является наиболее распространенным видом жидкого ракетного топлива. Горючее содержит преимущественно элементы с электро- положительной валентностью, например С, Н, А1, В н др.. Окисли~гель — с электроотрицательной валентностью: О, Е, С1 н некоторые другие. Окислитепь и горючее двухкомпонентного жидкого топлива находятся между собой в определенном соотношении. Чтобы обеспечить полное сгорание одного моля горючего, т.
е. полное замещение валентностей горючих (окисляющихся) элементов валентностями окислительных элементов, требуется к малей окислителя. Величину и' (моль окислителя/моль горючего) называют мол ьным стехиометрнческим соотношением компонентов топлива. Величина х' обычно определяется по высшим валентностям элементов, соответствующим образованию продуктов только полного окисления. Однако возможны и исключения. Например, иногда валентность углерода принимается равной двум, как в окиси углерода СО, которая является обычным продуктом высокотемпературного горения.
Более того, некоторые элементы в различнык реакциях могут выступать в качестве как окисляющихся, так и окислительных элементов, и их валентности меняются в зависимости от конкретного случая. Так, азот К в большинстве случаев является нейтральным, но в реакции образования ВЫ выступает как окислитель; сера В в одних случаях является горючим с валентностью до 6 (ЗОз, $0в, ЬГе), в других — окислителем (НтВ). Высшие валентности некоторых химических элементов приведены в табл. 4.1. Таблица 4.л Валентности некоторых химических виемеитов Число свободных (незамещенных) электроположительных валентностей в одной молекуле горючего составляет ~'Ь,„т„число 1-1 свободных электроотрицательных валентностей в одной молекуле окислителя — ~~~ Ь,„;тнгде ач — валентность, Ь;„ Ь;о„ вЂ” число атомов ю 1 1-го химического элемента в условной молекуле горючего и окислителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
