Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Необходимая суммарная работа, выполняемая в системе подачи, составляет (.д = 61,т, а общее количество рабочего вещества (продуктов сгорания основного или вспомогательного топлива) для выполнения работы 7.з равно тп, = У,т/Т.,дт1т, где т — время работы системы подачи. Относительный расход основного или вспомогательного топлива для работы системы подачи в предположении т = сопз1 составит г" тггтяг.адт1т.
(24. 16) Если турбина приводит только топливные насосы, то ее мощность должна равняться сумме мощностей насосов окислителя и горючего: (24.17) !Ут = 1Ун. ок+ )Ун.г. Для установления принципиальных зависимостей примем, что напоры насосов окислителя и горючего и их КПД одинаковы. Тогда уравнение баланса мощностей (24,17) можно привести к виду 61 аРоод ( ~он ! гггг ) 278 Так как — + — = —, то выражение для М, можно гаак тат гнт Рок ' Рг Рт переписать так: у ЗРнодгат (24. 18) ЧнРт Подставляя этот результат в формулу для е, получим е = = Арпад/(7 адртЧтЧн) илн Арподг(т.адр»Чтнд) (24.19) где Чтил = ЧтЧн — КПД тУРбонасосного агРегата. Как видно из формулы (24.19), относительный расход топлива на привод ТНА увеличивается пропорционально Ар„д и уменьшается с возрастанием адиабатической работы расширения, плотности топлива и КПД турбонасосного агрегата.
Величина е используется при определении удельного импульса двигателя и обычно составляет 0,01 ... 0,05. Меньшие значения е относятся к двигателям большей тяги и меньшего давления в камере. Сравнение зависимостей (24.10) и (24.19) показывдет, что на относительный расход дополнительного топлива в системах вытеснительной и турбонасосной подачи топлива влияют принципиально одни и те же факторы.
Важнейшим параметром, в частности, является удельная работа газа 1.,д или (!«Т)„. 24.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ПОДАЧИ В ДВИГАТЕЛЕ С ДОЖИГАНИЕМ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА Выбор и расчет параметров системы подачи ЖРД с дожигаиием выполняется на основании уравнения энергетического баланса потребляемых и располагаемых мощностей в системе подачи. С помощью этого уравнения устанавливается взаимосвязь между давлением в камере сгорания р„ и перепадом давлений на турбине 6 с учетом гидравлических сопротивлений газовых и жидкостных магистралей двигателя, охлаждающих трактов и элементов смесеобразования.
Рассмотрим сначала предельный случай, когда в схеме двигателя предусмотрены два ТНА с газогенераторами окислитель- ного и восстановительного газов. Р а с п о л а г а е м а я мощность в общем случае определяется как сумма мощностей турбин, работающих на восстановительном и окислительном газах из соответствующих газогенераторов (дополнительно индексы «в» и «о>): А!р = А!т, о + А1т, в = гйгг. а 7 ад. оЧт. о ~ гнгг. в 7 ад.
вЧт. в (24 20) где т„„, „т„„,, — секундные расходы окислительного и восстановительного газов Ч, „Ч,, Е д Ь д, КПД и адиабатическая работа соответствующих турбин. Расходы газа и„„,, и т„„, для ЖРД с дожиганием достаточно большие, поэтому необходимую мощность турбин можно получить при 279 малом перепаде давлений б = 1,2 ... 1,8 !19!. Так как генераторный газ после завершения работы на турбинах направляется в камеру сгорания, давление на выходе из турбин рв„н превышает давление в камере сгорания рк. Используя известные соотношения между секундными расхо.
дами компонентов топлива, найдем относительные расходы через газогенераторы окислительного (Йгг,) и восстановительного (Й,) газов гйгг а ганн „+ гй„„(! + Ь„г „) к Ыгг. о —,а —,а гок гнгг. в оган. в + гггг. в, ! вгг. в (24.21) Йгг.
в — ь га г ~ ! Ь где й„„, и й„г, — соотношение между компонентами топлива в газогенераторах окислительного и восстановительного газов; Сок = глав. о/гйон Сг = гнг. в/гнг глав. о глав. в глг. о глг. в секундные расходы соответствующих компонентов топлива через газогенераторы. В камере сгорания (дожигания) расходы компонентов в жидком состоянии т„„„, гп„, „определяются очевидными соотношениями: т„, „= т,„— т,„,, — т,„;, т„, „= т„— т„„— и„„ или в относительной форме гаон. к вгв /г вгг.
в Х Йок. к ног нго 1 ! вон Сг / г (24. 22) ДЛЯ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ раСХОДОВ Йгг а Йгг. в И Йан. к Йг. к ВЫПОЛ няется очевидное соотношение Й'гг. о ! Ыгг. в + Кок. н + Ыг. к (24.23) Мощность турбины пропорциональна секундному расходу газа, проходящего через нее. Очевидно, что наибольший расход газа возможен, когда оба компонента полностью используются в газогенераторах, а в камеру сгорания подается восстановительный и окислительный газ после привода соответствующих турбин. В этом случае Йок к = дг, „= О и система уравнений (24.22) однозначно определяет значения с,н и сг.
Если двигатель выполнен по схеме полного использования в газогенераторе лишь одного из компонентов топлива и частичного использования другого, то либо с,к = 1 и Йгг, = О при газогенераторе окислительиого газа, либо с„= — 1 и Йгг, = О при газогенераторе восстановительного газа. Отношение располагаемых мощностей в случае применения газогенераторов только одного окислительного или только восстановительного газов в соответствии с формулой (24.!б) приблизительно равно (при одинаковых параметрах и, 6 и т),) ~р. о ягг. о (пт)гт.0 л~р, в ыгг. и (цт)гь и Для жидких топлив, состоящих из химических элементов С, Н, О, К, отношение ()сТ),„,)(КТ)„„чаще всего равно или меньше единицы, так как значение Т„,, может быть выбрано большим, чем Т„,.
„в связи с более благоприятными для лопаток турбины восстановительными свойствами газогенераторного газа. В тоже время отношение д„„,(д„„„для этих топлив при с,„= = с„=- 1 больше единицы. При одновременном учете обоих факторов отношение Ур,,/Мр, обычно больше единицы. Обоснованный выбор того или иного варианта полного использования компонента топлива в одном газогенераторе должен производиться на основе полного расчета двигателя с применением решения системы уравнений статических характеристик.
П о т р е б л я е м а я мощность Ф„, необходимая для работы системы подачи, складывается из мощностей основных и бустерных насосов для подачи расходов окислителя т,„, „и горючего т„„ в камеру сгорания и мощностей подкачивающих насосов для подачи в газогенераторы при повышенном давлении расходов этих компонентов: Й~„~~ = гп0н, 0 + гиок.
в ~)ч. гг = пгг. 0+ гпг. в Возможно, что основные насосы окислителя и горючего обеспечивают подачу всего расхода окислителя т,„= т,„„+ .ш,„„„ и (или) горючего т„= т„„+ т„„„, однако в ряде случаев нецелесообразно обеспечивать всему подаваемому расходу компонентов топлива повышенное давление, соответствующее давлению подачи в ЖГГ. Уравнение Ф„= У„и является уравнением энергетического баланса. Входящие в формулы для мощностей насосов давления подачи компонентов должны быть выражены через давление в камере сгорания р„., перепады давлений на турбине 6, гидравлические сопротивления газовых и жидкостных магистралей, охлаждающих трактов камеры и ЖГГ, элементов смесеобразования и др.
Например, для схемы двигателя с одним окислительным газогенератором (см. рис, 16.7) можно записать такую формулу для давлениЯ подачи окислителЯ: Р„,х.,„= (Р, + ЛРф, „+ ЬР„,,)Х х б+ бР + арф. гг+ ЛР где бРф.ь йрч „„— гидравлические сопротивления смесительных головок для окислителя в камере сгорания и газогенераторе; Лргв ЬРтг брмар потери давления в газоводе, газогенераторе и магистрали от выхода из насоса до газогенератора.
Выбранные параметры генераторного газа (и, КТ„„) для соответствующих ЖГГ определяют в них соотношения компонентов топлива й„„, и й„„,, соотношение компонентов топлива в камере дожигания назначают из условия оптимальных параметров двигателя. 281 При выбранных перепадах давлений на турбине б„н 6„, принятых значениях гидравлических сопротивлений и к. п. д.
ТНА два уравнения баланса мощностей (одно уравнение для каждого ТНА) содержат три неизвестных параметра: давление р„ и относительные расходы с,„ и с„. Для замыкания системы следует добавить дополнительное соотношение между относительными расходами (24.23). Давление р„ и относительные расходы с„,. с„ могут быть заданы, когда уравнения энергетического баланса решают для определения перепадов давлений 6„ и 6„. В двигателе с дожиганием отсутствуют потери удельного импульса, обусловленные подачей компонентов в камеру сгорания, за исключением потерь, связанных с созданием давления наддува в баках. Достижимый уровень давления р„ зависи~ от работоспособности генераторного газа, его температуры и от параметров двигателя.
Принципы расчета максимально достижимого давления рассмотрены в работе (5!. В кислородно-водородных ЖРД с дожиганием рабочее тело для турбины ТНА можно получать в тракте наружного охлаждения камеры газификацией жидкого водорода, т. е. без применения газогенераторов. Как и для других схем двигателей с дожиганием, относительный расход водорода д,,, его работоспособность (сТ„, давление в камере р„ и перепад давлений на турбине связаны между собой уравнением энергетического баланса мощностей АГр — АГ„.
Однако решение задачи имеет ряд особенностей. Известный заранее относительный расход охладителя д„ ( ~( 1/(! + й„) и условия надежного охлаждения камеры (см. гл. ХХП)) ограничивают количество теплоты, которое может быть передано компоненту в тракте охлаждения, и тем самым ограничивают величину КТ„. Плотность тепловых потоков к стенкам камеры зависит от давления р„., поэтому зависит от р„нагрев О, и работоспособность )тТ„, потери давления в газовых магистралях и форсунках водорода. г л А е А ХХЧ. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИ ГАТЕЛЯ 2ЗЛ.
ПОНЯТИЕ О СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ Двигатель является исполнительным органом системы управления ракетой, и режим его работы может изменяться в результате управляющих воздействий. Кроме них, на двигатель действуют разнообразные возмущающие факторы, которые нарушают стабильность его работы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
