Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Развитие теории путем введения зависимости температуры поверхности топлива Т, от внешних параметров позволило добиться в ряде случаев количественных соответствий с экспвпиментом. Звсй ГАЗОТЕРМОДИНАМИКА НА НЕКОТОРЫХ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ При запуске двигателя (воспламенение и выход на рабочий режим) и при окончании его работы происходит быстрое измзенение давления в камере и температуры продуктов сгорания. Параметры двигателя на этих режимах должны быть рассчитаны в ходе проектирования РДТТ.
389 получим х — ~ Тн (Ри) ЙТ (к — 1) йТ КР кйТй Лт рр„' Кт 1'.. Интегрирование этой системы уравнений с учетом формулы для расхода (7.48) приводит к зависимости ( Рк ) 2х 1 + (х — 1) Рсрмл (л) ~ГЙТк ( ) (35 5) Р зрсв Часто для конструктора достаточно знать изменение лишь средних по объему камеры значений давления и температуры.
Для математического описания процессов в этом случае можно получить сравнительно простую систему уравнений. Разность между секундным притоком газов т, = ь)р,и и за счет горения топлива и секундным расходом газов т через сопло равна секундному изменению количества газов в камере: й (рУ„)/Ж = Йр,и — т, (35. 4) где г'„— свободный объем камеры сгорания. Секундное изменение внутренней энергии продуктов сгорания в камере, если не учитывать потери теплоты, равно разности между секундным поступлением энергии за счет горения топлива !!р,ш', и секундным расходом энергии, включая кинетическую энергию и работу расширения, т.
е. т (е + р/р + мР/2) = лп,. Таким образом, д (рг'„е) = (()р,и — т) 1,. (35.5) Принимая функциональные зависимости р(р, Т), е(Р, Т) и учитывая, что Л~„/с(т = 1)и, и = и (р, Т), систему уравнений (35.4), (36.5) можно преобразовать таким образом, что она будет включать лишь производные искомых параметров !(Р/пт и 6Т/Ы. Если рассматривается режим воспламенения, то следует учитывать подвод массы и от заряда воспламенителя.
Начальные условия задают в зависимости от параметров в камере к моменту времени, который считается начальным при решении задачи. Методы решения системы уравнений аналогичны методам решения стационарной задачи, поскольку уравнения принадлежат к тому же типу, что и уравнения (32.12) ... (32.14). При расчете изменения параметров после окончания горения основного заряда исходят из того, что в камере сгорания остается некоторое количество рабочего тела, давление и температура которого равны р„, Т„. Определим дальнейшее изменение р и Т во времени, для чего воспользуемся уравнениями (35.4) и (35 5), положив 1~, =- сопз1, (1 =- О.
Тогда, если предположить неирменность состава и теплоемкостей газа ил Ш к)1 ЛТ ср —— —, н — 1 ' Лт к — 1 Кт При расчете времени истечения (т.— т„) ограничимся критическим перепадом давлений н Ф=-(.+ )' ' (35.7) где рн — наружное давление (известная величина). Определив иэ последней формулы минимальное давление в камере р = р пы из выражения (35.6) можно найти время истечения рабочего тела из камеры двигателя (т — т„). 35.5.
ПРОГРАММИРОВАННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ВНУТРИБАЛЛИСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ Одним иэ путей минимизации вибрационных нагрузок в начальный период работы РДТТ и повышения его надежности является организация программированного выхода двигателя на режим квазистационарной работы, когда с определенной степенью точности обеспечивается заданный закон изменения какого-либо внутрибаллнстического параметра (чаще — давления), а воспламенение заряда основного топлива наступает в требуемый момент времени.
Эффективным способом программированного регулирования внутрибаллистических параметров двигателя в начальный период его работы считают применение специальных конструктивных элементов — так называемых флегматизирующих покрытий, наносимых на определенные участки поверхности основного заряда (рис. 35.3, 35.4). Под воздействием горячих продуктов сгорания иэ воспламенительного устройства вещество покрытия сгорает или уносится, высвобождая поверхность основного заряда для воспламенения и горения.
Флегматизирующим составом покрываются обычно либо только передний или только сопловой торцы заряда (в зависимости от расположения воспламенителя в двигателе), либо и торец, и часть канала заряда, примыкающая к флегматиэируемому торцу. Флегматизирующие покрытия характеризуются разнообразием конструктивного исполнения и могут быть одно- или многослойными, постоянной толщины или профилированными.
В зависимости от характера взаимодействия а Х с высокотемпературными 35.3. Схема приме- 35.4. Схема примеиепродуктами сгорания ве- пения олнослоаных нии многословных фле. щества покрытия оно яв- флегматизирующих гматизирующих по- ляется активным или пас- покрытии прытка: 39! сивным. Активное флегматизирующее покрытие обычно выполняют из медленно горящих (по сравнению с основным зарядом) топлив. Покрытие считают пассивным, если процессы в егв к-фазе имеют суммарно эндотермический эффект. Основной фи; зико-химический процесс, происходящий в толщине такого пп; крытия, — это пиролиз одних компонентов, в то время как другие компоненты образуют коксовый остаток, который должен быть незначительным и легко уносимым.
Это является одним из требований к веществу покрытия наряду с требованиями высоких адгезионных свойств и химической совместимости с топливом. Г л А В А ХХХУЬ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ Зац. ВИДЫ НЕУСТОЙЧИВОСТИ При неустойчивом рабочем процессе в камере РДТТ возникают неуправляемые автоколебания значений параметров рабочего тела. Колебательной системой являются продукты сгорания (гомогенные или двухфазные), заполняющие свободный объем камеры сгорания.
Изменения параметров нередко со значительными отклонениями от их средних значений могут происходить в продольном, поперечном (радиальном и тангенциальном) направлениях с частотой от нескольких герц до десятков кило- герц. Неустойчивый рабочий процесс в камере РДТТ является нежелательным явлением, оказывающим отрицательное влияние на работу двигателя.
Такой процесс может вывести из строя аппа-. ратуру летательного аппарата, привести к разрушению двигателя н ракеты. На основе упрощенной модели камеры РДТТ можно дать еле; дующее физическое,. описание колебательной системы. Внутри достаточно прочной оболочки размещено топливо, омываемой продуктами сгорания. Колебательный процесс развивается в свободном объеме камеры, ограниченном подвижной границей— поверхностью горения топлива, стенками камеры и выходом из сопла. Возникшие колебания могут поддерживаться за счет тепловой энергии, выделяющейся при горении.
В этом случае выдели)ощаяся энергия должна быть достаточной для компенсации ее потерь в объеме газа (демпфироваиие колебаний частицами конденсированной фазы, диссипация энергии за счет вязкости и теплопроводности, химических реакций и др.) и на его границах (демпфирующее действие топливного заряда, конструктивных элементов камеры и сужающейся части сопла, вынос энергии колебаний через сопло и т. п.). Поступление энергии в колебательную с))- стему определяется скоростью горения топлива, которая, как известно, зависит от газодинамических и теплофизических пара- 392 метров потока в свободном объеме.
Взаимосвязь между параметрами колебательной системы (объем газа) и источником энергии '(поверхность горения) определяет многообразные механизмы об'ратной связи, регулирующей поступление энергии в колебательную систему. Автоколебания при неустойчивом горении совершаются с частотой, близкой к одной из собственных акустических частот камеры сгорания. Значения собственных акустических частот колебаний в продольном и поперечном направлениях обратно пропорциональны характерным линейным размерам объема, в котором происходит колебательный процесс (см. гл.
Х ХЧП). Характерные линейные размеры этого объема могут быть много меньше акустической длины волны. В этом случае можно полагать, что при колебательном процессе происходит одновременное изменение параметров смеси во всем объеме камеры сгорания. Такие колебания относят к диапазону н и з к и х частот (обычно это колебания с частотой Г" =- ! ... !00 Гц). Автоколебання с длиной волны, меньшей илн соизмеримой с характерными линейными размерами объема (напрнмер, камеры сгорания), относят к высокочастотным (частоты более !000 Гц). В РДТТ также наблюдаются и автоколебания промежуточной частоты (100 ( ) ( !000 Гц). Кроме того, возможны колебания давления неакустической природы (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
