Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Определим факторы, которые влияют на потери удельного импульса из-за химической неравновесности и другие параметры течения. От вида топлива и соотношения между его компонентами зависит степень диссоциации и температура на входе в сопло Т„ (а также эти параметры в других сечениях сопла). Обе величины изменяются в зависимости от соотношения компонентов по кривым с максимумом, однако их влияние на ь„противоположно. С увеличением степени диссоциации потери ь„могут возрастать, рост температуры Т„приводит к снижению ь„из-за увеличения скоростей химическйх реакций. Определяющее влияние оказывает степень диссоциации на входе в сопла, поэтому зависимость ь„от соотношения компонентов описывается кривой с максимумом (рис. 21.8), положение которого смещено относительно максимума Т,.
С увеличением давления на входе в сопло (а следовательно, и в других сечениях сопла с фиксированной геомегрией) увеличиваегся температура Т„, но уменьшается степень диссоциации и увеличиваются скорости химических реакций из-за возрастания концентраций. Поэтому потери ь„ с увеличением давления р„ уменьшаются. С увеличением диаметра г(„ увеличивается время пребывания смеси в сопле и ь„ уменьшается. Возрастание значения г при " Аарамаханнка н газовая аннамнка. М.: Наука, 1976. 296 с.
232 у 85 !р иее Р 2!.8. Зависимость цотерь иэ-эа 2!.9. Зависимость коэффициенхимнческой иеравновесности от та ьн от различных факторов: коэффициента небытия окисли. — Е = 05мпа; ес = тела: ЕЕС 25 Мпа Л =50 мм; 7 =!О' ЛЕС= '=. !5 Мна: l — зоплнво О, -!- Нз'. м р „йм = сопз1 приводит к »2 — Г» "!- Нз: Э Ызп + (Сиз)зх х ммн, увеличению Г,, так как из-за н снижения температуры и давления при увеличении г уменьшаются скорости химических реакций. Таким образом, потери удельного импульса из-за химической неравновесности определяются зависимостью ь„(а,„, р„, с(м, г). ГРафИЧЕСКИ Эта ЗаВИСИМОСтЬ ДЛЯ тОПЛИВа О, + КЕРОСИН ПРИ Сс,м = — 0,8 приведена на рис.
21.9, данные для других топлив имеются в справочнике (27). В связи с тем, что многие вопросы химической кинетики изучены недостаточно полно, расчет потерь ь„может давать значительную погрешность, составляющую примерно 10 ... 20'% от значения ь„. 2!.3. КОЭФФИЦИЕНТ РАСХОДА !эс 252„л, (21.13) зм зм ) рйгсйг — )' (рй Рм) гй' о зм — 5 233 Контур сопел двигателей в окрестности минимального сечения со стороны сужающейся части обычно имеет радиусную форму. Поэтому линия М = 1 является криволинейной и расход газа уменьшается из-за неравномерности потока в минимальном сечении сопла; неравномерность потока увеличивается с уменьшением радиуса г,. Расход газа уменьшается также нз-за вязкости. Для вязких течений в соплах двигателей в большинстве случаев справедливо приближение пограничного слоя.
Для такой модели течения формулу для коэффициента расхода (21.3) можно записать в следующем виде: 2К !О. Козффнпнснт расхода сопла с ряднуснои сухса1опссйсн частью и ва вру где р, й — параметры газа в минимальном сечении вне фл пограничного слоя; 6 — толЮрб шина пограничного слоя. ОчеЮту видно, что первое слагаемое р аг ха дд ад 1и гт 1а вт 1а ля в формуле (21.13) (обозначим его р,") учитывает влияние на коэффициент расхода неравномерности потока, второе слагаемое— влияние вязкости. После несложных преобразований будем иметь о р» 6' т 6' Р = РЯ вЂ” 2 — — !х! — — ), р,и, тн 'Х 2тн .) ' (21.14) где 6* — толщина вытеснения. Отношение рй/р и обычно близко к единице, величина 6*!2г„(за исключением течений при низких числах Ке) мала по сравнению с единицей.
Следовательно, я 6 о рс рс — 2 — = р~ — брч. (21.15) Ьрч = (га)ода 1х Йе,, (0,97+ 0,86п). (21.16) Низкие числа Кеа могут быть характерными для двигателей малой тяги. 234 При радиусной форме трансзвуковой области составляющая коэффициента расхода р," при г, > 0,5г„мало зависит от показателя изоэнтропы и и формы сужающейся части и в основном зависит от радиуса г,. Для определения составляющей коэффициента расхода р," в функции от га = гя!г„можно пользоваться зависимостью на рис. 21.10. Она получена расчетами двухмерных течений и хорошо подтверждается экспериментальными данными !22). Уменьшение коэффициента расхода из-за наличия пограничного слоя зависит от свойств газа, числа Рейнольдса и особенностей геометрии трансзвуковой области течения.
В данном случае число Рейнольдса удобно определить по параметрам газа в критическом сечении для модели одномерного течения тсеа = = РанаФяя(Ча = Р и Ыа; геометрию трансзвуковой области характеризуют величиной г,, свойства газа — показателем изоэнтропы п. Расчеты и эксперименты показывают, что при Рея > > !0'... 1О' составляющая Ьрч пренебрежимо мала (Ьр '= = 0,001 ... 0,002); для меньших чисел Ке поправку Лрч можно оценить по формуле "Л А В А ХХ11. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАМЕРЫ И ГАЗОГЕНЕРАТОРА 22.1.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕВСТВИТЕЛЬНОГО УДЕЛЬНОГО ИМПУЛЬСА И СЕКУНДНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА 22.1. !. Исходные данные Задание на расчет параметров камеры двигателя может быть сформулировано, например, следующим образом; определить секундный расход топлива и размеры камеры, развивающей тягу в пустоте Р„ при давлении у смесительной гочовки р„ и на выходе из сопла р..
Компоненты топлива и теоретическое распределение их соотношения А„ по сечению в камере сгорания выбраны (заданы). Вместо тяги в пустоте Р„может быть задана тяга на уровне моря Р, или на высоте Н вЂ” Р„. Термодинамический расчет рассматриваемого топлива при нескольких значениях соотношения компонентов й„; для заданных р„= р„и р, дает значения 1„""„ь расходного комплекса и других необходимых параметров. В камерах сгорания с малыми значениями относительной площади г, < 2,5 ... 3 тепловыделение на участке камеры сопровождается уменьшением давления (р, < р„< р„) и увеличением скорости движения рабочего тела. Поэтому после того как будет найдена площадь 7„необходимо оценить изменения параметров продуктов сгорания из-за падения полного давления р„..
Сначала по формуле (18.!1) следует вычислить коэффициент восстановлепия полного давления оп затем — давление р„. =- отр„. При о! '< 0,93 ... 0,95 целесообразно повторить термодинамический расчет при новом значении р, с целью уточнения параметров продуктов сгорания. Как показывают расчеты, параметры Т""„(при T, == сопз!) практически не зависят от г",. 22.1.2. Коэффициенты удельного импульса Действительный удельный импульс в пустоте определяют с помощью коэффициента удельного импульса ~р,, отражающего несовершенство процессов в камере сгорания н сопле, причем (см. гл. ХЧП1) грг = Ч'нгрс (22.!) Коэффициент ~р„, учитывающий совершенство процессов в камере, определяют экспериментально.
Как упоминалось, значение этого коэффициента может составлять 0,96 ... 0,99. Коэффициент ~р„при проектировании выбирают на основе статистических данных, полученных при промышленных и экспериментальных испытаниях образцов, подобных разрабатываемому двигателю. При использовании таких данных следует иметь в виду, 23В 22.1.3. Ожидаемые удельный импульс и секундный расход Ожидаемый (действительный) удельный импульс камеры двигателя равен нд 1у.
п = — Ч'/~у. и (22,т1) Секундный расход топлива, необходимый для получения Заданной тяги, находится как т = Р,)! (22.4) Если задана тяга на высоте Н, необходимо сначала найти соответствующее значение удельного импульса 1 . Используя известные формулы 1у = фт1у. и —,~, Рн УсУ = — и„1 нд Га ПкРм тз получаем 1у.
п = 'Руту. и — %аР™РаРн!Р» ° Коэффициент срз определяется по формуле (18.!0). (22.5) 22.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ Наиболее распространенной формой камеры сгорайия является цилиндрическая. рассмотрим определение трех ее~ч1сновных размеров — диаметра с(„„длины Ь„, и диаметра минимального сечения сопла И„. 236 что значения с",д в формуле ф„=- с„lснд могут быть вычислены либо при некотором среднем соотношении компонентов топлива й,'он в соответствии с их расходами через двигатель тй,„и й„, либо с учетом неоднородного распределения й , и расходонапряжен-о ности по сечению у головки камеры сгорания. В последнем случае значения параметров рассчитывают по формулам 1у. п = ~ Асс(у. п.
с) с," = сн = у' йА 1 Р = Е йФ~Р~Ф с * с (22.2) где я; — относительный расход топлива (по отношению к общему расходу) с соотношением компонентов й и Для равномерной эпюры й в ядре потока и прн жидкостной или газовой завесе',' создаваемой смесительной головкой у стенок камеры, формулы (22.2) имеют вид с",д = р =- р„"д — й„ф"в" — (3,"",); нд ид / нд нд 1у. и = (у. п. в — йст (Гу. п. и — )у.
п. ст) Коэффициент сопла ~рс и его составляющие (ври, ср,, фн, фи) назначают по рекомендациям, приведенным в гл. Х)11. После того как будет определен контур сопла, коэффициенты ср, необходимо уточнить. ,, Объем н диаметр камеры сгорания определяют с помощью двух характеристик — времени пребывания и расходонапряженности. Вместо времени пребывания можно использовать приведенную длину !.и, В выражении для комплекса р— =~э'й„Тас!А (л) в изобарной камере сгорания примем значение п равйым 1,2, что оправдано для продуктов сгорания многих жидких топлив.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
