Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 93
Текст из файла (страница 93)
меняемых материалов пока отсутствует универсальная методика определения скорости уноса материала. На установившемся режиме работы линейная скорость абляции составляет 6 = М(Ьл, (38.6) где (7 — удельный тепловой поток к поверхности; р — плотность аблиРУющего матеРиала; с(л — теплота аблЯции, опРеделЯемаЯ обычно экспериментально. В качестве примера на рис.
38.7 приведены расчетные и опытные данные по скорости стационарной абляции в зависимости от (7 для рефразилфенольного материала. Время выхода на стационарный режим абляции зависит от многих факторов, прежде всего от параметров продуктов сгорания и природы аблнрующего материала. Роль нестационарного режима увеличивается, естественно, при малом общем времени работы двигателя. Закономерности нестационарной абляции опре.
делаются чаще всего экспериментально. 38.2.6. Комбинированные системы В современных РДТТ практически не применяют какой-либо один способ тепловой защиты в чистом виде. В выполненных конструкциях обычно осуществляется комбинация различных способов из числа охарактеризованных выше. На рис. 38.8 приведена типичная схема теплозащиты сопла РДТТ. На ней 38.8. Типичная схема теплозап(иты сопла РДТТ: ( — тенлозагднтная облицовка камеры (наполиенныв нитрнбутадкеяовыа полимер); т входиоА конус (фенольная смола — графвтовая ткань, фенольная смола — кварцевая ткань); 3 — горловина (графит, фекальная смола — графит); 4 — теплонзоляцнв горлов ням (фенольная смола — кварц, фенольвая б (,' смола — асбест, феяольная смола — стекло); 5 — раструб сопла (фенольная смола — графит, фенольная смола — углеткаиь, фе- нольная смола — кварц, фенольнвя смола — стекло); б — силовая конструкция (алм- мянкА, сталь, намотанныА волокиит) в основном показаны варианты применения ТЗП.
Последние часто дополняют емкостным, внутренним завесным и наружным радиационным охлаждением, Если для ЖРД преимущественно применяются системы тепловой защиты, не предусматривающие «жертвенного» уноса массы элементов конструкции, то для РДТТ характерны системы мероприятий, сопровождающиеся уносом массы теплозащитных покрытий. Масса ТЗП может достигать 20 ... 40 4А массы конструкции современных РДТТ.
38.3. ОценкА пОследстВий уносА мАссы Итак, унос массы при организации теплозащиты РДТТ имеющего относительно большое время работы, практически неизбежен. Важно, чтобы этот унос был программированным, т. е. подчинялся некоторым надежным закономерностям, например в виде зависимости скорости уноса массы от времени. Знание закономерностей уноса массы необходимо не только, для расчета собственно теплозащиты, но и для других целей. Уносимая масса ТЗП выбрасывается из сопла двигателя и оказывает двоякое влияние на энергетические характеристики аппарата: во-первых, изменяется массовое число аппарата р„; вовторых, продукты разрушения ТЗП участвуют в создании реактивной силы.
38.3.1. Влияние на энергетические характеристики Кроме запаса топлива, расходуемого за время работы двигателя т„ за это же время расходуется масса теплозащитных покРытий л4тзп. Относительный Расход Уносимой массы составляет глтзпlгпт '= йтзп. (38.7) Массовое число аппарата с учетом расходования ТЗП можно записать так: р„= 1+ глт (1+ Ютзп)1(гл и+ п4. г) или р. = 1+ (! + йтзп)Л х+ (шп..lштП, (38.8) где а — коэффициент массового совершенства двигателя, определяемый по массе конструкции, не изменяющейся во время работы. Унос массы ТЗП, реагирующей с основным потоком, влияет и на удельный импульс.
Термодинамические расчеты, выполненные для различных ТЗП и различных условий смешения продуктов разложения ТЗП с продуктами сгорания смесевых твердых ракетных топлив, показали, что ориентировочно снижение удельного импульса смеси составляет 0,5 % на каждый процент расХОда ТЗП, т. Е. 7т,ем = 7т. (! — дтЗП/2) 415 Суммарно учитывая изменение массового числа аппарата и изменение удельного импульса, идеальную скорость полета можно записать так: $ = ! ( ~ — " ) ! 1 -/- (.
(38.9) + м тп. г т т При наличии уиоса массы (дтзп ъ 0) значение У„х увеличивается по сравнению со случаем, когда масса ТЗП не уносится. 38.3.2. Влияние иа проходные сечения тракта н режимы В связи с уносом массы при абляционном охлажденим увеличиваются проходные сечения тракта камеры РДТТ; из-за искажения контура сопла возникают дополнительные потерм удельного импульса.
Если из-за разгара меняется площадь минимального сечения сопла Р„, то ее изменение существенно влияет на режим работы двигателя (от Р„ зависит давление в камере его. рания). Естественно, что влияние разгара меньше в крупных соплах. Снижение давления р„ во время работы можно компенсиро. вать прогрессивным горением поверхности топливного заряда. Такой характер горения имеет, например, распространенный трубчато-цилиндрический заряд, горящий по внутренней поверхности. Необходимо только, чтобы разгар минимального сечения сопла имел регулярный характер. ЗВ.4. ЗАЩИТА ОТ ХИМИЧЕСКОГО И МЕХАНИЧЕСКОГО ВОЗДЕИСТВИЯ ПОТОКА Кроме теплового воздействия на элементы конструкции газового тракта РДТТ поток продуктов сгорания оказывает на них и другие воздействия.
Химическое воздействие возникает вследствие реакций окисления углеродных структур композиционных материалов (тра фиты, пирографиты) или тугоплавкнх металлов (%, Мо) в составе сплавов кислородсодержащими (СО,, Н,О, О, и др.) веществами продуктов сгорания. Из различных режимов окисления в условиях РДТТ реализуются два режима: кинетический, когда процесс определяется химической кинетикой, и диффузионный. Механическое разрушение поверхностного слоя материалов ТЗП происходит под действием внешних по отношению к поверхности (напряжение трения газового потока, воздействие скоростного напора на элементы шероховатости и др.) и внутренних факторов (термические напряжения по толщине ТЗП, перепад давлений газов пиролиза и др.). Воздействие частиц окиси алюминия в двухфазных продуктах сгорания имеет химическую и механическую (при соударениях частиц с поверхностью ТЗП) природу.
416 ЧАСТЬ ПЯТАЯ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ г л А В А ХХХ!Х. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЖРД ззл. тОплиВА Одним из главных путей улучшения энергетических, эксплуатационных и стоимостных характеристик ракетных си. стем является разработка, освоение и внедрение новых топлив, имеющих лучшие энергетические характеристики либо более под. ходящие физико-химические свойства. Осваиваемые и исследуемые топлива подробно рассмотрены в гл. Х»7П; в данном разделе приведем некоторые дополнительные примеры.
Для двигателей ракет — носителей космических объектов широко применяются кислородные топлива. На первых ступенях в качестве горючего используются углеводороды нефтяного происхождения или синтетические, имеющие более высокую плотность и улучшенные физико-химические и энергетические характеристики. В гл. Х!7П упоминалось о применении в США углеводородного горючего й,1-5, имеющего повышенную плотность. Вслед за освоением и широким применением одного из наиболее эффективных топлив — кислородно-водородного — стали осваивать топлива с использованием наиболее активного окислителя— жидкого фтора и его соединений. Применение этих окислителей для двигателей нижних ступеней ракет сдерживается высокой тпксичностью фтора и его продуктов сгорания.
Поэтому возможной областью использования фторных топлив являются верхние ступени ракет и космические аппараты, для которых исключительно важны высокие энергетические характеристики. В середине 70-х годов в ГДЛ-ОКБ был разработан двигатель РД-30! для верхних ступеней РН и разгонных блоков; компоненты топлива — жидкий фтор + жидкий аммиак. РД-30! — единственный в мире фторный ЖРД. прошедший полный объем стендовых испытаний, включая официальные. Для межпланетных космических аппаратов ведется разработка многофункциональных двигателей на фторгидразиновом топливе (КЛА типа «Пионер», США).
При малых уровнях тяг (Р— 900 Н вЂ” для коррекции траектории полета) используется режим работы двигателя на однокомпонентном гидразиновом топливе. Для обеспечения высоких уровней тяг (Р— 2700 Н вЂ” торможение космического аппа- ! 4 А»ем«сов В. в. в др. 4!7 рата, увеличение скорости полета и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
