Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 67
Текст из файла (страница 67)
газогенераторе бр„„, 6Т„„ и в магистрали за турбиной 6р„, 6Т„, частоты вращения ТНА бп. В качестве внешних (управляющих) воздействий обычно рассматривают вариации проходных сечений дросселирующих элементов регуляторов, положений соответствующих приводов, вариации давлений на входе в насосы. зази ЗАПУСК ДВИГАТЕЛЯ Запуском ЖРД называют режим работы двигателя от первой команды на его включение до выхода на основной режим.
При запуске двигателя в его камере и других агрегатах протекают неустановившиеся процессы, в значительной мере определяющие надежность двигателя; с запуском связано большинство отказов современных двигателей. Основными требованиями к режиму запуска являются плавность изменения давления в камере сгорания и отсутствие значительных перегрузок, снижение количества затрачиваемого при запуске топлива за счет сокращения времени запуска, исключение неустойчивого горения. Степень выполнения этих требований определяется организацией запуска, которая включает мероприятия по обеспечению подачи в заданной последовательности в камеру и газогенератор компонентов топлива в необходимых абсолютных и относительных количествах, обеспечение зажигания топлива и требуемый закон набора тяги. Запуск ЖРД представляет собой сложный процесс, связанный с предпусковыми операциями и вовлечением в работу многих устройств и систем.
Так, в случае криогенных топлив предпусковые операции могут включать продувку камеры и полостей нейтральным газом, захолаживание двигателей установки. Типичная картина изменения давления в камере сгорания по времени при одновременной подаче обоих компонентов показана на рис. 26.2. Точка 1 на рисунке соответствует моменту поступления компонентов топлива в камеру сгорания. В точке 2 давление в камере начинает повышаться из-за накопления парогазовых 30! Ри 26.2. Изменение ааваення в камере сгорания при запуске: а — праграммиразаиима запуск в аве ступени продуктов экзотермических предпламенных реакций, протекающих в жидкой и паровой фазах.
Эти продукты представляют собой активные вещества. При достаточно высокой их концентрации происходит цепочно-тепловой «взрыв» газовой смеси (точка 3). Скорость распространения фронта пламени в подготовленной к сгоранию активной смеси велика, и давление в камере сгорания интенсивно нарастает до тех пор, пока массовая скорость выгорания топлива (газообразование) не станет равной расходу через сопло (точка 4). Давление в точке 4 превышает расчетное давление ран,„в камере сгорания и может превышать также давление подачи топлива. Поэтому расход топлива в камеру резко уменьшается, скорость выгорания топлива становится меньше скорости истечения, и давление в камере падает (точка б).
Затем процесс изменения давления может повторяться несколько раз до установления стационарного значения давления. Пик давления р„является нежелательным или даже опасным, так как он может существенно превышать номинальное значение. Резкое сокращение подачи топлива, которое наблюдается при больших значениях рн,„, может привести к затуханию пламени; при последующем поступлении топлива возможен взрыв. Расчетное определение величины ри,„затруднительно из-за ряда факторов: неизвестна зависимость задержки воспламенения т,, топлива от конструкции проектируемого двигателя и режима его запуска; весьма сложно определить количество топ-' лива, накапливающегося в камере за время тз,; неизвестен закон выгорания топлива при подъеме давления и др. Грубую оценку рн „можно выполнить по следующим формулам. Значение давления ри в камере сгорания с объемом )Уи, на установившемся режиме можно определить из уравнения состояния: р„ = т,тГс„Т„~)У„ „ где т, — время пребывания топлива в камере сгорания; гд — секундный расход топлива на установившемся режиме.
При запуске двигателя за период времени, равный задержке воспламенения т, „в камеру сгорания будет подано количество топлива тп сктз, в где тпусн среднее значение пускового секундного расхода топлива. Предполагая, что, это количество сгорает мгновенно, можно записать Рн так — тз. вуу1пусназн~ кг си. с или Рм шах тз. в ~пуск (26.18) Для большинства топлив ЖРД значение т„составляет несколько миллисекунд; примерно столько же (3 ... 8 мс) приходится на период т,, Из формулы (26.18! следует, что для запуска на номинальном расходе топлива (т,„,„/т =- 1) без перегрузок по давлению (р„,.„/р„=- 1) необходимо, чтобы т,,/т„= ! . Предположение о мгновенном воспламенении всего накопившегося за время т,, топлива является крайним.
поэтому допустимое значение т,, может несколько превышать т„. Если величина т,, заметно больше т„, для плавного запуска двигателя пусковой расход топлива должен быть меньше номинального, что достигается так называемым программированием запуска (см. рис. 26.2). зв.а. Остдцов двигдтеля Режим работы двигателя от первой команды на его выключение до полного прекращения тяги называют остановом двигателя. Произвести останов двигателя необходимо, например, после достижения требуемой скорости ступени или выполнения необходимого маневра космическим аппаратом, при работе на стенде выполнения программы испытаний или в аварийной ситуации и др.
Выключение ЖРД производится прекращением подачи компонентов топлива при срабатывании отсечных клапанов, Останов двигателя является нестационарным режимом работы ЖРД, характеризующимся сложными динамическими процессами в агрегатах. Для исключения недопустимых нагрузок на летательный аппарат и сохранения конструкции двигателя принимается определенная последовательность срабатывания отсечных клапанов. После команды на останов двигателя, работающего на некотором заданном режиме тяги, за период времени до полного прекращения тяги создается некоторый импульс тяги. Этот импульс называют импульсом последействия.
Импульс после- действия возникает вследствие истечения из камеры сгорания содержащихся там продуктов и догорания или истечения паров компонентов, поступающих в камеру из объемов между отсечными клапанами н смесительной головкой. Наличие импульса последействия затрудняет получение с необходимой точностью заданной конечной скорости аппарата в конце активного участка полета. Поэтому импульс последействия стремятся уменьшить и сделать его стабильным. Стабильность, т.
е. малые разбросы импульса последействия при многократных срабатываниях одного двигателя или при выключении различных двигателей, дает возможность учесть его прн определении момента выключения. Для уменьшения импульса последействия и повышения его стабильности объемы между отсечными клапанами и смесительной головкой при конструировании ЖРД стремятся сделать возможно меньшими. Выключение производят либо через промежуточный (по тяге) режим, либо включением подачи и вдувом за борт ракеты компонентов топлива, находящихся в тракте до смесительной головки.
г ля В А ХХУ)!. НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ПРОЦЕССОВ В ДВИГАТЕЛЕ 27Л. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Прн разработке практически каждого жидкостного ракетного двигателя большие трудности создает возникновение неустойчивости рабочих процессов в агрегатах двигателя, сопровождаемое самопроизвольными неуправляемыми колебаниями параметров (давления, скорости, температуры газа и жидкости и др.). Неустойчивый режим работы двигателя характеризуется участком развития колебательного процесса (-0,0! ... 0,02 с) и участком автоколебаний, т. е. самоподдерживающихся нелинейных периодических колебаний примерно постоянной амплитуды.
Неустойчивость существенным образом нарушает работу двигателя и летательного аппарата в целом, так как ей сопутствуют весьма вредные явления: сильные вибрации, механические повреждения частей двигателя или вспомогательных систем, термические разрушения (выгорание, оплавление) внутренних стенок камеры вследствие возрастания тепловых потоков, возникновение нестабильности тяги и расхода топлива. Если колебания параметров, определяющих рабочий процесс, не вызывают разрушения отдельных агрегатов двигателя, то они могут стать причиной ненормальной работы, некоторых систем и агрегатов ЖРД и, в частности, его системы регулирования, т.
е. снижают надежность работы двигателя. Поэтому работам по выявлению причин неу-, устойчивости рабочих процессов, ликвидации колебаний или по снижению их амплитуды уделяется больше внимание. Естественно, это требует больших затрат, удлиняет сроки и удорожает доводку двигателя. При неустойчивом режиме работы колебательными системами являются газообразные или жидкие вещества, заполняющие объемы агрегатов двигателя (камера, газогенератор, газоводы, топливные магистрали и др.). В большинстве случаев автоколебания поддерживаются непосредственно за счет тепловой энергии, выделяющейся при горении топлива. Эта энергия должна быть достаточной для компенсации ее потерь (рассеивания) из-за наличия молекулярного и турбулентного трения в газе, диссипации на жестких элементах (стенках), жидких каплях, твердых ча- 304 2?.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
