Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 71
Текст из файла (страница 71)
При паузах между включениями более 0,01 ... 0,02 с компоненты топлива из заклапанных объемов практически полностью испаряются, поэтому после команды на включение двигателя примерно 0,005 ... 0,01 с затрачивается не на создание импульса, а на заполнение заклапанных объемов. Минимизация заклапанных объемов ЖРДМТ имеет большое значение для повышения эффективности двигателя.
Удельный импульс на импульсном режиме ниже, чем на непрерывном: 17, а < 17, „; разница между ними может составлять до 50 Уа. Поскольку ЖРДМТ практически всегда работают при р„ж О, в этой главе будем опускать индекс «п» (в пустоте) и отмечать индексами импульсный («и») или непрерывный («н») режимы. 28.3. ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ )КРДМТ Выбор топлив для ЖРДМТ в значительной мере ограничен по сравнению с обычными ЖРД из-за ряда особенностей ,рабочего процесса и условий эксплуатации двигателей в составе ДУ.
К числу этих особенностей следует отнести: смесеобразование в ограниченных объемах при малых расходах компонентов топлива и ограниченном числе смесительных элементов, запуск и условиях высоких и низких температур, вакуума, невесомости; ,хранение компонентов на борту КЛА в течение длительного вре. мени; значительные перерывы между включениями и др. Современные ЖРДМТ используют й!»Оа и О» в качестве окислителей и гидразин, монометилгидразин, диметилгидразин, водород, углеводородные соединения в качестве горючих. Реализуемый нижний уровень тяги составляет 0,4 Н, число включений достигает миллиона, общее время работы — десятки часов.
При несамовоспламеняющихся компонентах топлива для запуска ЖРДМТ используют электроискровые системы воспламе- 3!7 пения, включающие преобразователь напряжения и электрическую свечу зажигания. Важную систему ЖРДМТ образуют средства контроля функционирования изделия (СКФИ), передающие информацию о работе того или иного двигателя в систему управления объекта либо в систему телеметрических измерений.
В большин.тве случаев применяют сигнализаторы давления, дающие электрический сигнал при достижении определенного уровня давления в камере сгорания либо в одной из полостей головки камеры. В состав ЖРДМТ входят также узлы, поддерживающие температуру элементов конструкции в требуемых пределах для исключения возможного замерзания топлива в период длительного «молчания» двигателя. Это автономные электронагреватели, включаемые при подготовке объекта к работе в случае снижения температуры ЖРДМТ ниже допустимой либо специальные каналы для протока теплоносителя из системы терморегулирования объекта.
28.3.1. Особенности рабочих процессов Как и в двигателях больших тяг, процессы в камерах двухкомпонентных ЖРДМТ отличаются от принимаемой в термодинамических расчетах идеализированной схемы. Эти отличия обусловлены неоднородным распределением компонентов топлива по поперечному сечению камеры и неполным горением, потерями в сопле из-за рассеяния, трения и химической неравновесности и др. Однако для ЖРДМТ почти все из указанных отличий имеют более существенное (по сравнению с двигателями больших тяг) значение.
К таким отличиям можно отнести неоднородность параметров по сечению камеры (из-за малого числа смесительных элементов и внутреннего охлаждения), неполноту горения и хит мическую неравновесность, повышенные потери импульса из-за трения, что связано с малыми размерами камеры. Характерным отличием является нестационарность режима работы.
Методы оценки влияния неоднородности потока и неполноты горения, рас-' чета потерь из-за химической неравновесности и трения в сопле аналогичны соответствующим методам для двигателей больших тяг. Характер влияния принципиально тот же, однако потери удельного импульса, обусловленные этими факторами, значительно выше. На рис. 28.3 приведена в качестве примера зависимость удельного импульса на установившемся режиме от величины абсолютной тяги. Как видно, для двигателей меньшей тяги при прочих равных условиях удельный импульс ниже. Это объясняется, с одной стороны, возрастанием сложности организации качественного процесса горения в камере сгорания, увеличением неоднородности потока при уменьшении тяги. С другой стороны„ увеличиваются потери в сопле из-за трения и химической неравновесности, так как для ЖРДМТ характерны малые значения чисел 318 /и е, 77/Е гбао е,ао гги о 0,7а О 400 ВОО 7700 7000 7000 Рсгр 28.4. Зависимость коэффициента сопла от числа Рейнольдса 7и ги да 28.3.
Зависимость удельного импульса ЖРДМТ от тяги на установившемся РЕ7КИМЕ: мто4 + ндмг; о = 0,56 Рейнольдса и высокие скорости изменения термодинамических параметров состояния при течении в сопле. На рис. 28.4 приведена зависимость коэффициента сопла от числа Рейнольдса. При увеличении тяги двигателя во время выхода его на режим и при уменьшении тяги в момент выключения процессы смесеобразования, горения и истечения происходят в нерасчетных условиях; экономичность двигателя существенно снижается. Поэтому при работе ЖРДМТ в импульсном режиме параметры двигателя зависят от времени и частоты включения.
Зависимость параметров от времени включения определяется также временем заполнения заклапанных объемов и временем выхода ЖРДМТ на стационарный тепловой режим. На рис. 28.5 показан характер изменения удельного импульса по времени работы ЖРДМТ. Влияние частоты включения на параметры ЖРДМТ возникает из-за обмена массой при связанных (перекрывающихся) импульсах и из-за остаточной температуры стенки камеры сгорания от предыдущего включения, Чем меньше пауза между включениями, тем выше остаточная температура стенки камеры при последующем включении, тем меньше интенсивность теплового потока от газа в стенку.
На рис. 28.6 приведена опытная зависимость удельного импульса от частоты включения двигателя МК-50А !41. /е „и/е 7„„, м/с гбао гои гаи гбао 07И 7ИО 7000 0,07 а,г /,гч 28.6. Удельный импульс двигателя Мй-5ОА в функции частоты включений аа7 Оаг аг 00 707 „,С 28.5. Зависимость удельного импульса ЖРДМТ от времени внлючения при различных паузах 3!9 Следует отметить также, что в импульсном режиме ЖРДМТ работает. как правило, в условиях вакуума. Это оказывает значительное влияние на характеристики воспламенения.
Экспериментально установлено, например, что для топлива И,О, + НДМГ при определенной системе смесеобразования величина задержки воспламенения при понижении давления окружающей среды с 0,1 МПа до нуля возрастает с 0,001 до 0,01 с. Однако для этого топлива существенного ухудшения характеристик (появления пускового пика давления) при этом не происходит. В то же время для топлив типа И,О, + Х,Н,, НзО, + керосин влияние условий вакуума на характеристики запуска весьма значительно. 28.3.2. Особенности тепловой защиты Обычно для ЖРДМТ применяют следующие способы охлаждения стенок камеры или сочетание способов: внутреннее завесное, наружное радиационное, емкостное, дбляционное; для передачи теплоты могут применяться тепловые трубы.
В связи с импульсным режимом работы и весьма малыми расходами компонентов топлива организация регенеративного охлаждения ЖРДМТ представляет большие трудности. Этот вид охлаждения возможен в сочетании с другими способами защиты стенок. Может применяться секционное регенеративное охлаждение для защиты наиболее теплонапряженных участков камеры (область минимального сечения) или участков, расположенных до минимального сечения (в последнем случае — для создания условий существования низкотемпературного пристеночного слоя на большой длине). Чаще всего ЖРДМТ имеют внутреннее охлаждение.
При этом массовая доля охладителя весьма значительна: от !О до 40 % расхода компонента. Для создания пристеночного слоя применяются как горючие (и,„'( 1), так и окислители (а,„)) !). Для защиты стенок сопла часто применяется радиационное охлаждение. Наряду с радиационным и внутренним охлаждением в некоторых случаях используют емкостное охлаждение. Емкостью (аккумулятором) теплоты при этом может быть не только сам двигатель, но и элементы конструкции космического аппарата; может применяться специальная масса — теплопоглотитель. Время выхода двигателя на установившийся тепловой режим достаточно большое, измеряемое десятками секунд. Поскольку теплоотвод в окружающую среду при работе ЖРДМТ не играет существенной роли, после запуска конструкция камеры аккумулирует теплоту.
В связи с возрастанием температуры поверхности камеры со стороны газа тепловой поток по времени уменьшается. Температура стенки увеличивается сначала быстро, затем медленнее, асимптотически приближаясь к температуре газа в пограничном слое и выравниваясь по толщине стенки. Поэтому время работы двигателя ограничено допустимой температурой стенки, а пауза между включениями должна быть достаточной для остывания. 320 28.4. ОДНОКОМПОНЕНТНЫЕ ЖРДМТ Однокомпонентные ЖРДМТ по сравнению с двухкомпонентными проще по конструкции, однако уступают им по экономичности и динамическим характеристикам. Наиболее распространенными топливами для однокомпонентных ЖРДМТ являются перекись водорода и гидразин.
Достигнутый нижний уровень тяги 0,09 Н, число включений и время работы — примерно те же, что и для двухкомпонентг ян ных ЖРДМТ. На рис. 28.7 приведены зависимости удельного импульса для !)яН4 от условной степени разложения аммиака и для перекиси водорода — от концентрации ее (см. гл. Х! Х). Видно, что по теоретическому удельному Юдг бб бб бб Уб гг Неат 28.7. Зависимость удельного импульса: à — для Маца — от етеяеян раалежеяня амннака; 2 — для Н,О, — от канцеятрацн» е 1! длеяасоя В. ь я лр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
