Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 97
Текст из файла (страница 97)
Часто, однако, такое решение неприемлемо. ~Д~='-Я~ Двухступенчатую программу тяги можно ~ осуществить специальным профилированием поверхности горения. Возможно применение зарядов, состоящих ~ййййИ из двух различных топлив с разными скоро- ЙЙЙЙИ стями горения. Внутренний слой таких заряф .4(! дов, например, с высокой скоростью горения ЩУ обеспечивает стартовую ступень, а периферий~ЯКЯа~~ц~ ный, горянгий медленно, — маршевую.
При использовании зарядов, горящих по торцу, воз- Ф можно последовательное расположение в камере двух зарядов из различного топлива. На р„„, „„„, рис. 36.1 показаны некоторые из видов заряагвг, езесаееввавгвгвв сгу- доз, обеспечивающих ступенчатое изменение вевеатее вамевевве тяга тяги. Схемы получения двухступенчатой программы тяги в общей камере с одним соплом обычно имеют соотношение тяг стартовой и маршевой ступеней не более 5 †; основной их недостаток — увеличение массы конструкции. Наиболее существенной причиной, вызывающей изменение величины тяги РДТТ, является зависимость скорости горения от начальной температуры заряда. Принципиально имеется возможность перед стартом учесть влияние изменекия аеачальмой температуры на тяговые характеристики и принять соответствукяцие меры.
На практике это сводится к предстартовому регулированию площади минимального сечения сопла: а) изменением диаметра минимального сечения (набор сменных вкладышей); б) изменением площади минимального сечения при постоянном диаметре путем введения специального дросселя («иглы» или «груши»). Настройка двигателя с помсчцью подвижного дросселя может быть автоматической в зависимости от окружающей температуры. Регулирование площади минимального сечения перед пуском ракеты называется предстартовой н а стройкой и довольно широко применяется для неуправляемых твердотопливных ракет.
С помощью такой настройки можно компенсировать разброс показателей как внутри данной партии, так и между различными партиями твердотопливных зарядов. Рассматривая указанные способы регулирования величины тяги твердотопливных двигателей, можно отметить, что настройка с помощью сменных вкладышей (сопел) или дросселя не вызывает каких-либо принципиальных затруднений. Набором достаточно большого количества сменных вкладышей можно добиться сравнительно точного регулирования.
Недостатком рассматриваемого метода является необходимость выполнения настройки непосредственно перед стартом, на что требуется затрата определенного времени. Это отрицательно сказывается на боеготовности ракеты. Для плавного регулирования тяги РДТТ в полете можно применять либо системы с подвижным дросселем, либо газодинамический способ изменения площади минимального сечения.
В последнем случае в область минимального сечения перпендикулярно или под некоторым углом к оси сопла вдувается вторичный газ, и уменьшается таким образом эффективная величина сечения. м.ай. изменение направления тяги Некоторые применяемые методы изменения направления тяги РДТТ показаны на рис.
36. 2 — 36. 3. Многие из ннх: газовые рули в струе или вне струи, щитки, так называемые интерцепторы (щит- Рнс. Жй. Сяемы некоторык способов ивмеиеииа наяравленна тягнг о — газовые рули: б — щитки; о-молвцевой насадок; г— ннтерцептор а Рис.
ЖЗ. Схемы иекоторык способов нвмеяеиня направления тяги поворотом сопла: Ц о — раявен в раСширяющейся частя„б — раавем а сужающейся частн; в — поворопюе ~ утопленное сопло; с — новое ротное сопло с упругим клементом ки, вдвигаемые в поток в расширяющейся части сопла), кольцевые сопла и газодинамические способы — аналогичны применяемым в ЖРД. Конструктивные особенности твердотопливных двигателей не позволяют использовать системы качающихся камер для управления вектором тяги, поэтому отклоняется обычно сопло или его часть.
На рис. 36. 3 представлены некоторые схемы такого управления. 46! 36.4. ОТСЕЧКА ТЯГИ Отсечка тяги РДТТ необходима в тех же случаях, что и отсечка тяги ЖРД. Оиа может быть достигнута либо реверсированием тяги, либо резким сбросом давления в камере сгорания, в результате чего прекращается горение топлива, либо тем и другим одновременно. Резкий сброс давления достигается открытием дополнительных отверстий достаточно большой площади. Продукты, истекающие из этих отверстий, могут быть направлены в специальные сопла, тяга которых противоположна тяге основных двигателей.
Тогда вместе с отсечкой происходит частичный реверс тяги. Для того чтобы при сбросе давления прекратилось горение топлива, скорость снижения давления должна быть достаточно высокой — порядка нескольких тысяч МПа/с. Для этого вскрываемые отверстия должжны быть значительной площади. В некоторых случаях более удобным путем для резкого снижения давления в камере РДТТ и прекращения таким образом его работы являются методы, основанные на подаче в камеру сгорания жидкого или вводе порошкообразного хладагента. При подаче в камеру сгорания жидкого хладагента, например„ воды с большим перепадом давлений происходит ее распылнвание, .и испаряющиеся капли отбирают тепло от продуктов сгорания.
Падение температуры и давления в камере сгорания зависит от отно,шения массы впрыснутой воды к массе газа. Экспериментально установлено, что это отношение должно быть примерно равно двум. При гашении РДТТ путем ввода порошкообразного хладагента последний распыливается подрывом специального узла с навеской, например, черного пороха. После подрыва навески пороха на поверхности заряда твердого топлива откладывается слой сублимирующих кристалликов хладагента.
Глава ХХХУП :УСТОИЧИВОСТЬ ПРОЦЕССОВ 37.С ВИДЫ ИЕУСТОЙЧИВОСТИ Проблема неустойчивого горения возникла одновременно с началом разработки и применения РДТТ. Более чем за сорокалетний лериод исследований в этом направлении актуальность проблемы н необходимость ее изучения не уменьшились.
Неустойчивое горение является нежелательным явлением, оказывающим отрицательное влияние на характеристики ракеты. Оно может вывести из строя аппаратуру летательного аппарата, привести к разрушению двигателя и ракеты. Неустойчивое резонансное горение связано с появлением низко- и высокочастотных колебаний давления в продольном, поперечном и тангенциальном направлениях и может характеризоваться значительным отклонением давления от среднего значения. Колебания давления вызывают колебания скорости горения. Запаздывание по времеви между колебаниями давления и скорости горения может поддерживать неустойчивое горение.
Неустойчивости различных типов чаще всего являются следствием взаимодействия резонансных волн, генерируемых в тракте камеры сгорания, с горящей поверхностью. Области неустойчивости при резонансном горении можно подразделить по частоте на три диапазона. 1. Диапазон низких частот (Ф(100 Гц), соответствующий колебаниям неакустической природы„возникающим в камерах сгорания с малой приведенной длиной. 2. Диапазон промежуточных частот (100<)У<1000 Гц), соответствующий обычно продольным акустическим модам. 3. Диапазон высоких частот (1У>2000 Гц), соответствующий поперечным акустическим модам колебаний. Низкочастотная неустойчивость так называемого Е*-типа встречается чаще всего в небольших РДТТ при низких давлениях и характеризуется колебаниями давления, частота которых ниже частоты акустической моды камеры сгорания.
Основной характеристикой, определяющей границы неустойчивости этого вида, является приведенная длина Е"= Ъ'„,~Р, (ЗТ. 1) где Р'„с — объем камеры сгорания; Є— площадь минимального сечения сопла. Акустическая неустойчивость связана с возникновением колебаний давления, частота которых совпадает с акустическими модами. Оиа характеризуется постепенным возрастанием колебаний давления от очень малых значений амплитуды до значительных. Акустические колебания генерируются притоком акустической энергии от горящей поверхности. В зависимости от соотношения между приходом н расходом акустической энергии по времени возможно усиление колебаний (возрастание амплитуды), сохранение постоянного значения по амплитуде и частоте и затухание. Очевидно, что устойчивые периодические колебания устанавливаются, когда достигнуто равновесие между притоком энергии колебаний при горении и суммарными потерями энергии.
В некоторых случаях импульс возмущения давления может перевести нормальное горение в резонансное с частотой, характерной для мод колебаний камеры сгорания. Такой тип неустойчивости наблюдается в двигателях с большим отношением длины к диаметру (обычно Е/0>10). При этом колебания соответствуют продольной акустической моде.
Исследования показывают, что для возникновения самоподдерживающихся продольных колебаний необходим значительный импульс возмущения, в отличие от акустических колебаний, возникающих самопроизвольно, начиная с очень малых амплитуд. Установлено, что для создания 'незатухающею колебательного процесса необходимо некоторое критическое значение давления, ниже которого амплитуда возмущения постепенно уменьшается при распространении колебаний вдоль камеры сгорания. Предельным случаем неустойчивости процесса является скачкообразное увеличение давления, температуры и плотности, когда горение переходит в детонацию. Самопроизвольный переход горения в детонацию может иметь место в результате возникновения сильнои ударной волны, которая инициирует взрывчатое превращение топлива в слое, подвергнутом сжатию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
