Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Однако эти значения могут быть получены лишь при более высоком давле- НИИ На ВХОДЕ В КаМЕРУ СГОРаНИЯ Рк = Р„/ОР Ках ПОКаЗЫВаЮт расчеты, значения ог при Р, = 2 ... 3 составляют 0,94 ... 0,98; при Р, = 1 (предельное значение) о~ = 0,78 ... 0,82. 18.8. ОБОБЩЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОВ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ Обобщенные характеристики процессов необходимы для определения размеров камеры сгорания.
Наиболее распространенными обобщенными характеристиками процессов в камере сгорания ЖРД являются следующие. 1. Среднее время пребывания в камере с г о р а н и я (т„) — отношение массы продуктов, находящихся в камере сгорания, к массовому расходу топлива через камеру сгорания: мк. с Кк. сР к М (18.7) тк =- )/к. срсс/Ш.
(18.8) Очевидно, что действительное время пребывания больше вычисленного по формуле (!8.8), особенно для камер, работающих по схеме жидкость — жидкость и газ — жидкость. Значение т„(и тем самым и необходимый объем к'„,,), обеспечивающее высокую полноту сгорания, зависит от выбранной системы смесеобразования, природы топлива и параметров рабо-, чего процесса в камере, ее размерности. Примерные значения т„= 0,001 „. 0,008 с. 200 где т„, — масса газа, находящегося в камере сгорания; $~„,— объем камеры сгорания (У„с принято определять как объем до минимального сечения); р — средняя плотность продуктов в камере сгорания.
Величину р обычно заменяют величиной р„, относящейся к сечению входа в сопло, так как последняя известна из термодинамического расчета. Тогда С учетом уравнения состояния и формулы для расходного комплекса р можно получить (см. формулу 7.52) (18.9) где 1.„р =- 'р'„,/Р'„ (18.10) — так называемая приведенная длина камеры сгорания. 2. Приведенная длина камеры сгорания. Как видно из формулы (18.9), величина /.„р для выбранного топлива (р, А (и) = сопз1) пропорциональна времени пребывания в камере сгорания.
Примерные значения /.„р составляют 1 ... 2 м, при этом меньшие значения относятся к камерам дожигания генераторного газа. 3. Расходонапряженность камеры сгор а н и я. Расходонапряженностью называют отношение массового расхода продуктов сгорания к площади проходного поперечного сечения камеры у смесительной головки. При Р„= Р, (цилиндрическая камера сгорания) ее определяют по формуле (18.11) с'с рс'с рс'с Эксперименты показывают, что при увеличении р„, а следовательно, и рр„рабочий процесс в камере сгорания интенсифицируется.
Поэтому при повышенных р„через одну и ту же площадь проходного сечения камеры Р„можно подать большее количество топлива, т. е. увеличить значение тр. В расчетах обычно применяют относительную расходонапряженность — отношение расходонапряженности камеры сгорания ЖРД к давлению в ней. Значения гй„/р„могут составлять (0,8 ... 2,5) 1О ' кг/(Н с); меньшие значения относятся к камерам двигателей без дожигания генераторного газа. Обобщенные характеристики процессов т„, /.ср, т/р„связаны между собой.
Основным источником информации об этих величинах являются статистические данные, накапливаемые в процессе испытаний и доводки образцов камер сгорания, и данные о ранее разработанных двигателях. Г Л А В А Х!Х. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС И ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ГАЗОГЕНЕРАТОРЕ 1ЭЛ. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ГАЗОГЕНЕРАЦИИ Газогенератор — агрегат ЖРД для получения рабочего тела, горячего газа. Этот газ служит рабочим телом для привода ТНА, используется в системах наддува баков, Для получения генераторного газа используются жидкие и реже (газогенераторы наддува) твердые топлива.
20! 19.1. Термодннамичесиан зффеитив-, ность различных снособов газогене рации баг В течение заданного вре- ИШ мени работы газогенератор должен вырабатывать рабочее яв тело с требуемыми характеристиками (давлением, температурой и составом) и секундным расходом пз (т). На выходе из газогенератора температуру рабочего тела необходимо поддерживать сравнительно невысокой (Т,„= 850 ... 1200 К) в связи с тем, что продукты газогенерации омывают неохлаждаемые элементы агрегатов: лопатки турбин, форсуночные головки в двигателях с дожиганием, распределители в баке и др. В то же время для обеспечения требуемой экономичности ЖГà — малого расхода топлива для целей газогенерации— следует обеспечивать высокие значения величины КТ, от которой зависит работа газа на турбине или при вытеснении топлива из баков.
На рис. !9.! приведены ориентировочные значения (ГсТ) и Тгс для различных вариантов получения горячего газа (давление 10 МПа). Значения параметров определены термодинамическим расчетом в предположении химического равновесия. Сопоставляются параметры для следующих вариантов (порядковые номера соответствуют обозначениям на графиках).
1. Восстановительный газ, топливо О, + Н,, а,„= 0,05 ... О,!. 2. Окислительный газ, топливо О, + Н„а,„= 9,0 ... 7,0. 3. Окислительный газ, топливо типа О, + керосин, сс,„= =!О ... 6. В приведенных примерах 1 ... 3 температура и удельная работоспособность генераторного газа изменяются в зависимости от аон. 4. Парогаз при разложении водного раствора перекиси водорода в присутствии твердого катализатора: диапазон концентрации раствора 0,7 ... 1,О. 5. Горячий газ при разложении гидразина: «степень разложения» аммиака 0,1 ...
1,0 (см. разд. 19.2). 6. Газообразный водород из тракта охлаждения камеры. Следует отметить, что значения КТ не характеризуют полностью совершенства способа газогенерации. Существенное значение имеет возможность обеспечения устойчивой работы, высокой надежности и безопасности эксплуатации и удобства регулирования работы газогенератора. Многообразие факторов, определяющих действительное протекание процессов в газогенераторах, сложность экспериментального исследования для подтверждения тех или иных моделей процессов не позволяют в настоящее время дать общие и строгие методы расчета. Поэтому при проектировании газогенераторов 202 обычно используют методы расчета, основанные на экспериментальных данных. Рабочий процесс в газогенераторе (особенно в двухкомпонентном ЖГГ) имеет много общего с процессами в основной камере сгорания.
В качестве обобщенной характеристики рабочего процесса в газогенераторе, используемой при проектировании, выступает время пребывания т„(см. гл. ХУП1). По статистическим данным, для многих компонентов топлив, применяемых в одно- компонентных и двухкомпонентных ЖГГ, значение т, примерно такое же, как и для основных камер ЖРД. Ро, до, = сн,о,. Рн,о, (19.2) 203 19ПЬ ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ОДНОКОМПОНЕНТНОМ ГАЗОГЕНЕРАТОРЕ В однокомпонентных жидкостных газогенераторах используют топлива, способные к экзотермическим реакциям разложения.
Эти реакции инициируются и протекают в присутствии катализатора (каталитическое разложение) или при тепловом воздействии на топливо (термическое разложение). В качестве однокомпонентных топлив в газогенераторах применяют перекись водорода, гидразин, несимметричный диметилгидразин, изопронилнитрат и другие вещества. К а т а л и т и ч е с к о е разложение происходит при соприкосновении жидкого компонента с катализатором (рис. !9.2). Как правило, применяют твердый катализатор, что позволяет получить генератор н двигатель более простой конструкции. Твердый кусковой катализатор представляет собой пористые гранулгя — носители, в порах которых осажден активный материал (перманганат калия КМпО, или натрия !ЧаМп04 для разложения перекиси водорода, иридий — для разложения гидразина).
Сетчатые катализаторы выполняют в виде прессованного блока из нескольких десятков сеток, активный материал может наноситься в виде покрытий на сетки (слой серебра — для разложения Н,О„ слой металлов платиновой группы — для !Ч,Н,). Водные растворы перекиси водорода различной концентрации широко использовались в качестве топлив для газогенераторов ЖРД, созданных в 1940 — 60 годах. При разложении перекиси водорода диссоциация в смеси отсутствует и газовая смесь (парогаз) состоит из паров воды и кислорода.
Относительное содержание (в массовых долях) воды и кислорода в продуктах разложения перекиси водорода полностью определяется массовой концентрацией сн,о, перекиси в водном растворе: дн,о = (1 — сн,о,) + * сн,о,', Ри,о (!9.1) Рн„о, !9.2. Схема однокомпонентного газо- геяератора Гг ч5 да 45 с..., !9.3. Состав и молекулярная масса продуктов разложения перекиси водорода различной коннентранин Температуру парогаза можно определить из уравнения энергии 1н,о, = кн,о(н,о+ ко,1о,, (19.3) где гн,о и го, — энтальпии воды и кислорода при температуре' парогаза; гн,о, — энтальпия перекиси водорода заданной концентрации при температуре подачи.
Результаты расчетов параметров продуктов разложения пере- киси водорода различной концентрации опубликованы в шестом и девятом томах справочника [261. В качестве примера этих расчетов на рис. 19.3 приведены значения массовых (я) и объем- ных (г) долей Н,О в парогазовой смеси, а также значение средней молекулярной массы парогаза при разложении перекиси водорода различной концентрации. Как видно, чем выше концентрация Н,О,, тем меньше доля Н,О и, следовательно, тем больше доля кислорода в парогазе. Так как ро, > рн,о, средняя молекуляр- ная масса парогаза увеличивается с возрастанием сн,о,. Темпе- ратура парогаза зависит от концентрации перекиси водорода и должна быть максимальной при сн,о, = 1.
На рис. 19.4 пока-' зано изменение теоретической температуры парогазовой смеси в зависимости от концентрации перекиси водорода при использо- вании твердого катализатора. На этом же графике приведены значения удельной работоспособности парогаза КТ. Парогаз, получаемый при разложении перекиси водорода, используют обычно в качестве рабочего тела турбин ТНА, мощ- ность которых можно регулировать изменением количества по- даваемой перекиси водорода. Как видно из рис. 19.4, концентра- ция перекиси водорода, равная сн,о, = 0,8 ... 1, обеспечивает широкий диапазон изменения температуры парогаза. Значение си,о, выбирают в зависимости от допустимой температуры газа перед турбиной с учетом безопасных условий применения пере- киси водорода выбранной концентрации. Условно разложение ХзНе можно представить реакцией вида ХзН' 3 (1 — х) )х(Нз+ 3 (1+ 2х) Хз+ 2хН,, где х — степень образования Хз и Н„иногда называемая сте- пенью разложения аммиака.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
