Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Жидкость должна быть стабильной в процессе 375 Цд Р Ц 2 ЦР Ц6 ага Улду Гну/Ярд ГабУ г/2 33.!О. Влияние термодинамичесник параметров вдуваемого газа на эффективность вдува Ц62Ц66 ЦУ Цб ггу 33.! !. Зависимость отношения боковой силы к осевой тяге от относительного раскола вдува: а — продукты сгорания трт; б — реагирующие жидкости: в — инертные жидкости хранения и иметь малую токсичность. Низкие удельная тепло- емкость и теплота испарения способствуют повышению эффективности системы. В качестве нейтральных жидкостей для впрыска могут использоваться различные фреоны, а из реагирующих жидкостей — такие, как четырехокись азота НеО„ перекись водорода Н,О„трехфтористый хлор С!зг и другие компоненты жидких ракетных топлив.
При расчете системы управления с впрыском жидкости также пользуются экспериментальными зависимостями, полученными на модельных или натурных двигателях. ЗЗЛ. ПРОФИЛИРОВАНИЕ СОПЕЛ ДЛЯ ДВУХФАЗНЫХ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ Задача профилирования экстремального сопла для случая течения двухфазных продуктов сгорания, как и для гомо- генных, заключается в отыскании контура с наибольшим удельным импульсом из семейства контуров сопел, имеющих, например, одинаковую длину, поверхность или какой-либо другой параметр. Усложнение задачи состоит, во-первых, в необходимости применять более сложную по сравнению с вариантом гомогенных продуктов сгорания систему уравнений, описывающих неравновесное пространственное течение двухфазной смеси. Во-вторых, потери удельного импульса, обусловленные запаздыванием частиц, зависят от геометрии сужаюшейся части и горловины сопла.
Наконец, расчетные данные указывают на возможность попадания частиц на концевой участок профилироваиного сопла, что приводит к дополнительным потерям удельного импульса и должно приниматься во внимание при выборе контура. Кроме того, по-; падание частиц на концевой участок сопла может привести к его разрушению. Отсутствие учета принципиальных особенностей 376 3332.
Элементы профиля сопля двухмерного течения (например, непараллельности потока) лишает прикладного значения результаты решения в одномерной постановке, Рассмотрим основные выводы исследований по выбору оптимального профиля сопла для двухфазных продуктов сгорания. Для расчета течения в сужающейся части сопла имеются методы, разработанные применительно к двухфазным продуктам сгорания. В случае двухфазного течения может быть рассчитано поле течения равновесной двухфазной смеси —,и-затем в-полученном поле параметров газовой фазы могут быть примерно рассчитаны траектории частиц. Это дает возможность приближенно определить интенсивность выноса частиц на стенку сужающейся части и соответствующим образом подкорректировать контур, чтобы избежать выноса частиц. Одновременно вычисляются параметры газовой и конденсированной фазы в сечении х, (рис.
ЗЗч2), в котором скорость газа превышает местную скорость звука в газе. Очертание сужающейся части может быть выбрано так же, как это делается для газообразных продуктов сгорания, либо' на основе конструктивных соображений. При этом учитывается, что удлинение области горловины не оказывает существенного влияния на снижение двухфазных потерь вследствие коагуляции частиц, а потери из-за трения возрастают. Заметно увеличивается масса сопла, и возникают трудности создания надежной конструкции. Радиус )со выбирается из условий обеспечения безотрывного течения и стойкости конструкционных материалов.
Для расчета двухфазного неравновесного течения в сверхзвуковой части сопла Г. В. Дритовым и А. П. Тишиным разработан эффективный метод, позволяющий с высокой точностью и при небольших затратах машинного времени определить параметры потока в заданном контуре сопла. Для расчета применяется модифицированный метод характеристик, который позволяет рассчитывать параметры потока в сечениях сопла последовательно начиная с сечения х,.
Предположим, что известны параметры потока в сечении х,. Для газа, параметры которого совпадают с параметрами равновесной двухфазной смеси, строится оптимальное укороченное сопло (см. гл. Х) из семейства сопел с равномерным потоком на выходе. Точка а является концевой точкой этого сопла.
Затем варьируется участок контура сопла Π— а, состоящий пз окружности радиуса ттп с углом наклона йо в точке О, и кривой, касательной к этой окружности и проходящей через точку а. Величина радиуса тсо может варьироваться либо может быть выбрана возможно меньшей, насколько это допустимо по условиям тепло- отдачи и безотрывного течения. 377 Кривая, касающаяся окружности в разных ее точках и проходящая через точку а, может отыскиваться среди кривых, описываемых полиномами и-й степени. Для оценки приемлемой точности аппроксимации целесообразно сравнить удельный импульс, полученный расчетом, для исходного контура и контура, параметры которого вычислены по полиному.
Опыт расчетов показывает, что полином третьей степени обеспечивает необходимую точность (разница между удельными импульсами весьма мала и составляет 0,1 ... ! м,с) и приближение к оптимальному контуру, т. е. контуру с наибольшим значением удельного импульса. Семейство кривых, описываемых полиномом третьей степени, при условии прохождения через заданную точку и точку касания с окружностью радиуса Й, имеет два свободных параметра. Их удобно отождествлять с производными или углами на входе в расширяющуюся часть сопла (в точке касания с окружностью радиуса Й, — О,) и на срезе (О,). В результате серии расчетов неравновесных двухфазных течений для случая г = 0,3 ...
0,5 и и', = 1 ...!О мкм получены оптимальные значения углов О, и О,. Оказалось, что полученные контуры совпадают с контурами, оптимальными для потока продуктов сгорания, представляющего равновесную двухфазную смесь. Этот важный результат позволяет использовать разработанные для гомогенных продуктов сгорания методы профилирования сопел и для двухфазных смесей. Другой существенный результат состоит в установлении слабого изменения удельного импульса при значительном отклонении параметров контура (углов О, и О,) от оптимальных. Так, для одного из расчетов были получены оптимальные значения О, = = 25' и О, = 8'. Варьирование О, в диапазоне 17 ...
30' изменяет (уменьшает) удельный импульс всего на 0,2 ... 0,3 34, а варьирование (раздельное) в диапазоне 4 ... 12' уменьшает удельный импульс всего на 0,1 34. Для равновесных течений указанные отклонения профиля приводят к большому уменьшению импульса (до 0,6 34). Сравнительно небольшое уменьшение удельного импульса при значительном отклонении параметров контура от оптимальных для неравновесного сверхзвукового двухфазного течения обусловлено противоположным влиянием этих отклонений на потери из-за неравновесностн и из-за рассеяния.
Слабое влияние на удельный импульс отклонений параметров контура от оптимальных значений позволяет корректировать полученный оптимальный контур таким образом, чтобы предотвратить или уменьшить выпадение частиц на концевую часть сопла, например, «выпрямлеиием» концевого участка.
В результате серии специальных экспериментов и расчетов установлено, что потери импульса из-за попадания частиц на стенку могут превышать 1 '/о. Если определить осевую составляющую импульса выпавших частиц как Р„= ит„, где т„— расход частиц, встретившихся 378 со стенкой, а и — их осевая скорость, то потери определяются формулой ь„— АР„зт, где т — расход продуктов сгорания, а й — опытный коэффициент. В результате обработки большой серии опытов было найдено, что А = 0,3. Для выбора профиля, оптимального при учете всех рассмотренных факторов, требуется, как правило, проведение численных экспериментов, позволяющих количественно оценить роль каждого из них.
г л А В А ХХХ!Ч. СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РДТТ. РАЗБРОС ПАРАМЕТРОВ 34ги СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Для ракетного двигателя на твердом топливе можно рассчитать дроссельную и высотную характеристики. Однако статические характеристики Р = Г (р„) и Р = Г' (О) самостоятельного прикладного значения в практике РДТТ не получили.
Нашли применение зависимости тяги Р (т) и массы двигателя тд, (т) от времени, а также зависимости от времени координат центра масс (положение центра массы на продольной оси ЛА) и моментов инерции двигателя. Указанные зависимости могут быть найдены по результатам расчета диаграммы Р„(т) и геометрии выгорания заряда. Начальные значения координаты центра масс нередко проверяются экспериментально. 34ПЬ ПОНЯТИЕ О РАЗБРОСЕ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РДТТ К расчетным режимам работы РДТТ относят режимы максимальной, номинальной и минимальной тяги, а также режим для расчета заряда на прочность, при котором при минимальной начальной температуре заряда реализуется максимальное давление в камере. Режиму максимальной тяги соответствует минимальное время работы РДТТ, режиму минимальной тяги — максимальное время.
Тяговые характеристики двигательной установки с РДТТ заметно изменяются прн отклонениях параметров заряда и двигателя от их принятых расчетных значений. Так, скорость горения топлива и тяга существенно зависят от начальной температуры заряда. Для некоторых топлив, применяемых в американских ракетах, изменение начальной температуры заряда на 50К приводит к изменению тяги двигателя на 30 00. Колебания химического состава и технологические отклонения при изготовлении топлива также вызывают определенный разброс энергетических характеристик и скоростей горения топлива в одном и том же двигателе.
Имеются технологические отклонения в геометрии 379 заряда н сопла, они влияют на расход продуктов сгорания и давление в камере сгорания. Следует учитывать и такие случайные факторы, как увеличение поверхности горения вследствие появления трещин и раковин в заряде, разгар минимального сечения сопла н т. д. Влияние различных случайных факторов можно моделировать методом статистических испытаний. Для установления связи между отклонениями давления в камере сгорания, расхода, тяги и удельного импульса в пустоте и отклонениями характеристик заряда и двигателя воспользуемся полученными в предыдущих главах формулами 1 l Я = г и Рарн 1р. и =- г пФ. Для скорости горения примем степенной закон (31.1), ч = = сопз(; в первом приближении не будем учитывать потери из-за несовершенства процессов в двигателе. Вариацию, как возможное случайное отклонение любой величины <р от ее среднего значения при заданных условиях, обозначим Л р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
