Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 79
Текст из файла (страница 79)
При увеличении скорости обдува начиная с некоторого ее значения 352 влияние турбулентности на зону газофазных реакций становится существенным, коэффициенты переноса в зоне газофазных реакций возрастают. Исследования показывают, что величина пороговой скорости, которую определяют экспериментально, зависит от давления, природы топлива и скорости горения топлива. Зависимость относительного увеличения скорости горения могут представлять не в функции скорости газового потока ш„, а в функции его плотности тока рв. Подобная зависимость имеет вид, изображенный на рис.
31.10. По оси абсцисс отложена приведенная массовая скорость, представляющая собой отношение рю к критическому значению этой величины, которое может быть достигнуто при числе М = 1: 6 = р /( )„. (31.7) Значение е рекомендуют определять по формуле е =.1+сб, 6>6„, е = 1, 6 < 6,. (3! .8) В связи с тем, что интенсивность конвективного теплообмена зависит от массовой скорости рв, такая характеристика эрозионного горения представляется более обоснованной по сравнению с зависимостью (31.6). Формула скорости горения (31.1) обобщается на случай эрозионного горения следующим образом: и = — еи, = аВР'.
(31.9) Известны и более сложные формулы для определения е, которые учитывают влияние ряда факторов на характеристики пограничного слоя (и тем самым га величину е) при обтекании поверхности горения: геометрии канала и шероховатости поверхности, числа Маха и градиента давления в потоке, начальной температуры заряда и др. 31.2.4. Влияние других факторов Горение твердых ракетных топлив зависит от ряда факторов, которые не являются определяющими в процессе горения, но тем не менее оказывают на него непосредственное или косвенное воздействие. К ним следует отнести напряженное состояние заряда.
При работе двигателя оно возникает от сил давления и перепада температур (термические напряжения). Напряжения и последующие деформации могут создаваться при прессовании заряда, зависят от «поверхностного» натяжения в контактах зерен, от температуры, влажности и др. Напряженное состояние влечет за собой изменение локальных скоростей горения. Механизм влияния деформаций топлива на скорость его горения заключается в образовании новых трещин, что увеличивает газопроницаемость поверхностного слоя и способствует выходу продуктов газификации.
В свою очередь, увеличе- 12 Алемааов в. е. н хР. ззз ЗК Ы . Влияние среднего размера час. тин окислителя на скорость горения; смесевого топлива а, аахг'и 31.3. ГОРЕНИЕ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕГРУЗОК Исследования показывают изменение скорости горения топлива под воздействием полетных перегрузок, возникающих при разгоне, маневрировании летательного аппарата либо при вращении его вокруг продольной оси с большой угловой скоростью.
Процесс горения в условиях перегрузок определяется теми же явлениями теплопереноса и массообмена, которые имеют место при нормальном горении. Однако появление инерционных сил вносит изменение в структуру поверхности горения и в физические процессы, протекающие на поверхности. 354 ние количества реакционноспога собного вещества в прогретом слое ведет к дополнительному выделению теплоты в конденсированной фазе, увеличению температуры и, следователь-, но., — к возрастанию скорости химических превращений. Одним из существенных факторов, влияющих на скорость горения, является средний размер частиц окислителя.
При постоянном составе и одинаковых внешних условиях меньшие значения среднего диаметра частиц окислителя соответствуют более высоким величинам скорости горения (рис. 31.11). Такой характер зависимости скорости горения определяется соотношением диффузионных и кинетических процессов прн разложении и горении компоненуов топлива. Скорость горения твердого топлива зависит также от технологии изготовления заряда.
Например, скорость горения прессованного двухосновного топлива зависит от таких факторов, как направление и давление прессования и качество пластификации. Это связано с анизотропностью структуры. Так, скорость горения топлива в направлении, параллельном направлению прессования, на 1О ... 15 % выше, чем в перпендикулярном направлении. Специальные исследования показали, что скорость горения смесевых твердых топлив возрастает с увеличением размера двигателя.
Установлено, что этот факт вызван изменением радиационного нагрева от горячих газообразных продуктов сгорания. При анализе реальных характеристик РДТТ используют эмпирические коэффициенты перехода от скорости горения контрольного образца к средней скорости горения в камере РДТТ топлива, от которого этот образец предварительно отобран. 31.12. Зависимость скорости горения от пе- регрузки. Топливо на основе перхлората ам- мония (15 848 А1); диаметр частиц А1: 1 — 1О 6 мкм; 2 — 28 мкм и/ив 7Д 31.4. МЕТОДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ Методы химического воздействия на скорость горения осуществляются путем количественного нлн качественного изменения состава топлива.
Для повышения скорости горения предусматрнвают различные катализаторы; для ее уменьшения прнМеняют антнкаталнзаторы горения, действие которых сводится к обрыву цепей реакций; кроме этого добавляют инертные вещества, понижающие температуру горения. 12м 555 Прн горении металлосодержащнх топлив, когда вектор перегрузки направлен по нормали к 17 поверхности горения, металлические частицы под действием ннер- а хп гат яв 622 у цнонных снл удерживаются н сгорают на поверхности горения, увеличивая эффективную теплопроводность в конденсированной фазе. Время пребывания частнц металла на поверхности горения больше, чем время пребывання нх в нормальных условиях, прн которых частицы догорают в газовом потоке на некотором расстоянии от поверхности горения.
На поверхности горения образуются многочисленные углубления — мнкрократеры, в которых н происходит сгорание крупных частиц н нх агломератов. Агломераты образуются за счет инерционных снл нз более мелкнх частиц металла, обнажающнхся в процессе горения на боковых поверхностях мнкрократера. Из экспернментов, проведенных на вращающихся стендах н центрифугах, установлено, что скорость горения возрастает, если сектор перегрузки направлен по нормали к горящей поверхности, Если этот вектор параллелен поверхности горения нлн направлен по нормали от нее, то скорость горения практически не нзменяется.
Скорость горения возрастает с увеличением перегрузок. На рнс. 3!.!2 показана зависимость относительной скорости горения от величины перегрузок для смесевого металло- содержащего (!б % А1) топлива на основе перхлората аммония. Скорость горения прн перегрузках выше у топлива, содержащего более крупные частицы. Увелнченне массового содержания металла в топливе также вызывает изменение скорости горения прн перегрузках. Увеличение размеров частиц окислителя повышает чувствнтельность скорости горения к перегрузкам. Быстрогорящне топлива имеют меньшую чувствительность скорости горения к перегрузкам. Из физических методов исследуется применение металлических элементов с большой теплопроводностью, вводимых в состав топлива в виде нитей, иголок, пластин, малых трубок, сот алке миния, меди, циркония.
Влияние теплопроводного элемента проявляется в повышении теплопередзчн к поверхности горящегм слоя и к примыкающим слоям топлива благодаря высокой тепло; проводности металла; скорость горения при этом может возрастать в несколько раз. Регулирование с помощью «теплового ножа» основано на повышении скорости горения при контакте ножа с поверхностью горения. Тепловой нож представляет гобои пластину или стержень, изготовленные из жаропрочных материалов !молибден, вольфрам). Изменением усилия прижатия ножа к поверхности горения удается регулировать скорость горения и, следовательно, — тягу в диапазоне 100 ... 350 'ь. Регулирование скорости горения достигается и при введении в топливо проводников, нагреваемых электрическим тохом. Воздействуя на интенсивность тепловыделения в проводниках изменением электрических параметров, можно изменять скорость горения.
Имеются публикации о влиянии на скорость горения предварительного подогрева топлива, а также электрического поля, создаваемого с помощью электродов в зоне горения. На основе физико-химических воздействий на скорость горения принципиально возможно регулировать величину тяги РДТТ.
г л А В А ХХХ!!. ГАЗОТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ Ззм. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ В КАМЕРЕ РДТТ Рабочий процесс в камере РДТТ, определяющий тягу и удельный импульс двигателя, зависит от скорости горения твердого топлива. Последняя в соответствии с формулами, при'-' веденными в гл. Х Х Х1, определяется параметрами топлива и заряда и локальными параметрами потока вблизи поверхности горения.
Поэтому при проектировании РДТТ возникает необходимость расчета поля течения газа около горящей поверхности. Заряд РДТТ часто имеет сложную пространственную геометрию поверхности горения. Для решения задачи об определении газодинамических параметров в этом случае необходимо использовать систему уравнений механики для трехмерного движения газа. Эти уравнения для движения в каналах заряда записывают при следующих допущениях: в рассматриваемом объеме отсутствуют источники и стоки массы; газ невязкий и нетеплопроводный, подчиняющийся уравнению состояния идеального газа; вследствие относительно небольших скоростей и ускорений потока не учиты- 356 вается скоростная н температурная неравновесность между газом н частицами конденсата.
Эти допущения часто применяют в задачах внутренней баллистики РДТТ. Они позволяют решить задачу современными средствами вычислительной математики и получить, как показывает опыт проектирования РДТТ, приемлемые по точности результаты. Из курса газовой динамики известно, что математическое описание нестационарного движения сплошной среды: осуществляется на основе законов сохранения массы, импульса и энергии. Для важного частного случая пространственных течений— осесимметричного течения — уравнения, выражающие законы сохранения в дифференциальной форме, могут быть записаны следующим образом: уравнение сохранения массы + — ' ~У =-О (32.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
