Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Кроме зависимости от технологических факторов и состава параметры топлива р„ (э, В, 1„ , й зависят от начальной температуры заряда 1„. Поэтому для этих параметров отклонения Л~р определяются формулой Л~р = Л~р'+ (дй!д1а) М„, где Л<р' — отклонение параметра из-за действия технологических факторов Ы„ — изменение начальной температуры. При изменении только одной начальной температуры масса топлива (заряда) остается постоянной, т. е. т, = Йр,е = сопз1 (й — средняя поверхность горения).
Очевидно, что где а — коэффициент линейного расширения. Найдем относительное изменение давления в камере сгорания в зависимости от параметров заряда н двигателя, для чего прологарифмируем и продифференцируем формулу для Р„. Заменяя дифференциалы вариациями Ь, запишем Рк Обычно эксплуатационное изменение („ учитывается при расчете параметров РДТТ на соответствующем режиме, тогда Л 1„— погрешность определения температуры заряда. В соответствии 380 где ст — теплоемкость топлива. Введем обозначение АР ==.и+ — = рт "рнт н ! /дВХ где и„= — ( — ) — - коэффициент температурной чувстнителгм В (,д!н )р ности скорости горения.
С учетом принятого обозначения окончательно запишем пР ! 7 атт плм Рт пВ ЛФ вЂ” — — — — + — + — + „+А м) ° (34.1) Аналогичным образом из уравнения для т можно определить вариацию расхода Лж ! !' ЛГ!' «дРм пРт ЬВ' — Рм Рт + Ат б!н) (34.2) где А,„== я„+ — — а. «рт ср„Тн Найдем вариацию тяги. Для этого формулу тяги в пустоте за- пишем в виде Рн =- Р„РмКР„, откуда ЗРн ~Рн 1 аРм 1 ~ Рп ) Рн Рм !т д!пят )р Производная коэффициента тяги (д 1п Кр /д 1п г,) ' определяется по формулам.
приведенным в 167], а отклонение геометрической степени расширения равно Л 1п г", = ЬГ,)Г, — ЬР„(Рм, Теперь окончательно можно записать (34.3) с формулами, приведенными в 1271, производную для расходного комплекса р можно представить так: Вариация удельного импульса в пустоте определяется через вариацию расходного комплекса и козффициента тяги в пустоте: (34.4) Гт.м Р 1 ащй.
(, где Л~ф =- Л~'ф+ (с,(с„„Т„) Ж„. Выражения (34.1) ... (34.4) позволяют найти отклонения основ- ных параметров двигателя. При нерегулируемом сопле эти выра- жения в общем виде можно записать так: ЗСЗ ! Г Зй амм ДГа — ~ а, — + аз —" + аз — + Гм Га дат, зр', зн' а4 Г аь аВ .'" а7 р, р в (34.5) где Ф = р„, т, Р, 1„„, а вариации Лй, бг"„, Лг"„Лр', Лр,', ЛВ', И„домлжны рассматриваться как случайные величины с ма- тематическими ожиданиями, равными нулю. Согласно теории вероятностей предельные значения разбросов давления, расхода, тяги и удельного импульса в пустоте можно найти по общей формуле вида г)2 (34.6) зр' т2 + (а.—,) +(а.— ) + (а 61.)' Ьь1', стР„, аг„цр,', Ьр', ЛВ, а)„— предельные отклонения величин; связь между предельными и среднеквадратическими отклонениями определяется теорией вероятности.
Расчеты и испытания показывают 162), что предельные отклонения давления, расхода и тяги могут составлять 5 ... 8 О4, удельного импульса — не более ! %. ' 34.3. ИЗМЕНЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ТЯГИ Система управления тягой должна обеспечить требуемую программу полета. Как и в случае ЖРД, необходимый диапазон регулирования складывается из двух составляющих: первая из них определяется заданным законом изменения тяги во времени, вторая обусловлена случайными внутренними и внешними факторами. Задача изменения тяги РДТТ затрудняется ограниченными возможностями воздействия на тягу в период работы двигателя и сильным влиянием начальной температуры заряда. Из формул (34.1) и (34.3) видно, что при зафиксированной начальной температуре заряда, когда В =- сопз(, возможны два ззз основных пути изменения величины тяги двигателя, работающего на определенном топливе (р, = сопя(, р = сопя(). 1.
Изменение поверхности горения ьз при постоянной площади минимального сечения сопла Р„и геометрической степени расширения Р,. Сопло не регулируется, поэтому значение Кр практически постоянно. Следовательно, Р ьэ' — ч. (34.7) 2.
Изменение площади Р„при постоянной поверхности горения. Сопло регулируется, Величина Кр изменяется либо остается постоянной, если одновременно с Р„регулируется площадь среза сопла Р, так, чтобы Р, = сопя(. Во всех случаях влияние Кр на тягу можно считать существенно меньшим по сравнению с влиянием Р„. Тогда Рм При одинаковом относительном изменении ьз или Р„первый способ регулирования тяги позволяет обеспечить ее изменение в более широком диапазоне.
Рассмотрим кратко возможности упомянутых способов изменении значения тяги. Многообразие геометрических форм зарядов н возможность применения составных зарядов позволяют подобрать при проектировании необходимый вариант монотонного изменения или постоянства поверхности горения по времени. Добиться этого удается, однако, весьма непростым путем и с ограниченной степенью точности. Еще более сложна задача обеспечения двухступенчатой программы тяги, которая может быть желательна для некоторых ракетных аппаратов.
Подобная программа может быть выполнена с помощью двух различных двигателей, находящихся иа разных ступенях многоступенчатой ракеты. Часто, однако, такое решение неприемлемо. Двухступенчатую программу тяги можно осуществить специальным профилированием геометрии заряда. Возможно применение зарядов, состоящих из двух различных топлив с разными скоростями горения. Внутренний слой таких зарядов, например с высокой скоростью горения, обеспечивает стартовую ступень, а периферийный, горящий медленно, — маршевую. При использовании зарядов, горящих с торца, возможно последовательное расположение в камере двух зарядов из различного топлива. На рис. 34.! показаны некоторые из видов зарядов, обеспечивающих ступенчатое изменение тяги.
Схемы получения двухступенчатой программы тяги в общей камере с одним соплом обычно имеют соотношение тяг стартовой и маршевой ступеней ие более 5 ... !О; основной их недостаток — излишния масса конструкции, рассчитанная на тяжелый режим максимальной тяги. Воздействие на тягу заранее запрограммированным изменением поверхности горения к способам регулирования тяги можно отнести лишь условно, поскольку предполагается получение заранее заданной зависимости Р (т).
Изиестиы способы, позволяющие воздействовать на тягу изменением газообразования (скорости горения) и поверхности горения в процессе работы двигателя. В качестве примера на рис. 34.2 показана схема гидраилического способа управления поверхностью горения, позволяющего в десятки раэ изменять тягу. Необходимое изменение поверхности горения происходит в результате оголения каналов при перемещении пробок вслед эа вытесняемой жидкостью. ЗЗЗ 34.!. Примеры зарядов, обеспечивающих сзупенчатое изменение тяги 34.2.
Схема гидравлического способа изменения по. верхиости: I — заряд ТРТ, т — жидкость; 3 — пробка; а — дроссель Наиболее существенной причиной, вызывающей изменение величины тяги РДТТ, является разброс снорости горения из-за отклонения начальной температуры заряда от номинального значения. -Ф -е Принципиально имеется возможность перед стартом учесть влияние начальной температуры на тяговые характеристики и принять соответствующие меры: необходимое изменение площади Ьг"м,ср, можно найти по формулам (34.!) ... (34.3). На практике зто сводится к предстартовому Ф регулированию площади минимального сечения сопла изменением диаметра минимального сечения (набор сменных вкладышей); изменением площади минимального сечения при постоянном диаметре путем введения спеиизльного дросселя (аиглы» или «груши») Настройка двигателя с помощью подвижного дросселя может быть автоматической в зависимости от окружающей температуры.
Недостатком рассматриваемого метода явлиется необходимость выполнения настройки непосредственно перед стартом, на что требуется затрата определенного времени. Это отрицательно влияет на боеготовность ракеты. для плавного регулирования тяги РДТТ в полете можно применять либо системы с подвижным дросселем, либо гвзодинамнческий способ изменения площади минимального сечения.
В последнем случае в область минимального сечения перпендикулярно или под некоторым углом к оси сопла вдувается вторичный газ, и уменьшается таким образом зффективная величина сечения. 34.4. ОТСЕЧКА ТЯГИ Отсечка тяги РДТТ необходима в тех случаях, что и отсечка тяги ЯРД. Она может быть достигнута либо реверсированием тяги, либо резким сбросом давления в камере сгорания, в результате чего прекращается горение топлива, либо тем и другим одновременно.
Резкий сброс давления обычно достигается открытием дополнительных отверстий достаточно большой площади. Продукты, истекающие из этих отверстий, могут быть направлены в специальные сопла, тяга которых противоположна тяге основных двигателей. Тогда вместе с отсечкой происходит частичный реверс тяги. Для того чтобы при сбросе давления прекратилось горение 384 топлива, скорость снижения давления должна быть достаточно высокой — порядка нескольких тысяч МПа/с.
Для этого вскрываемые отверстия должны иметь значительную площадь. В некоторых случаях более удобным путем для резкого снижения давления в камере РДТТ и прекращения таким образом его работы являются методы, основанные на впрыске в камеру сгорания воды или ввода порошкообразного хладоагента.
При впрыске в камеру сгорания жидкого хладоагента, например воды, с большим перепадом давлений происходит ее распыливание, и испаряющиеся капли отбирают теплоту от продуктов сгорания. Падение температуры и давления в камере сгорания зависит от отношения массы впрыснутой воды к массе газа. Экспериментально установлено, что это отношение должно быть примерно равно двум. При гашении РДТТ путем ввода хладоагента последний распыливается подрывом специального узла с навеской, например черного пороха.
После подрыва навески пороха на поверхности заряда твердого топлива откладывается слой сублимирующих кристалликов хладоагента. "Л д В д ХХХЧ. НЕСТАЦИОНАРНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ РДТТ 33.1. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ГОРЕНИИ Нормальное стабильное горение характеризуется неизменностью скорости горения во времени при одних и тех же условиях. О стабильности горения можно судить по диаграмме давление в камере сгорания — время. При стабильном горении 1рис. 35.1, а) лишь в начальный период воспламенения заряда может появляться пик давления, затем давление изменяется по необходимому закону без каких-либо флуктуаций. Однако режим стабильного горения заряда твердого топлива наблюдается не вапгда, а лишь в определенных пределах по давлению в камере сгорания, начальной температуре заряда и другим параметрам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
