Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Далее до точки с идет прогрессивное горение по внутренней поверхности цилиндрического канала заряда, тяга увеличивается. В заряде Б поверхность горения увеличивается за счет крестообразных прорезей и цилиндрической поверхности канала более интенсивно, чем в заряде А. К моменту, отмеченному на диаграм~ме тяги точкой Ь, горение достигнет стенки, в камере останутся четыре разделенных массы заряда с убывающей по- 172 верхностью, и тяга будет уменьшаться до точки с, затем заряд гаснет, тяга уменьшается до нуля. Применяя бронирование и меняя форму зарядов, а также варьируя укладку заряда по длине камеры, можно получить а Н т,г Рис, 4.5. Заряды сложной формы. Кривые зависимо сти их тяги от времени горения очень сложный характер кривой тяги в зависимости от времени работы двигателя и, таким образом, можно управлять скоростью полета снаряда.
Подобный пример показан на рис. 4.6. Здесь заряд разделяется на три участка, каждый из них имеет разную форму и разное бронирование. Первый участок — заряд адгезирован по стенкам камеры и имеет прогрессивное горение Рис. 4.6. Комбинированный заряд сложной уклад- ки в камере за счет внутреннего небронированного канала (см. участок тяги ( на рис. 4.6). Второй участок имеет четыре цилиндрических сплошных заряда, бронированных по наружным поверхностям и горящих по торцу. Тяга на втором участке остается постоянной.
173 На третьем участке имеется два небронированных цилиндрических заряда с дегрессивным характером и постоянно уменьшающейся тягой двигателя. В этих условиях значительно облегчается наведение на цель, так как тяга двигателя невелика и снаряд легко развернуть по курсу. Из приведенного примера видно, что вместо бронировки иногда можно применять с тем же результатом адгезию к стенкам камеры.
Влияние температуры на скорость горения Таблица 4.5 Температур а заряда Начальный период тл с Тяга полная, кг Время работы двигателя, с с — 54 219 288 0,21 О,! 1 0,09 370 480 600 18 14 11,5 +15 +60 Зависимость скорости горения ТРТ от температуры определяется температурным коэффициентом скорости горения, который иногда называют температурным градиентом скорости горения. Под этими терминами понимается отношение разностискоростей горения к разности температур, при которых определяются эти скорости.
Это отношение хорошо иллюстрируется гра- Зависимость скорости горения от температуры заряда весьма существенна, проявляется она в условиях эксплуатации двигателя, влияет на запуск двигателя и на тягу. Рабочие размеры двигателя при нормальной н низкой температурах практически неизменны, например, диаметр критического сечения сопла при температурах от 223 до 323 Кможет меняться в пределах десятых-сотых долей миллиметра. Скорость же горения ТРТ в указанных пределах температур меняется в два-два с половиной раза, соответственно меняются скорость газообразования и тяга двигателя. С изменением скорости горения меняется время работы двигателя, меняется и дальность полета аппарата [25~. В зависимости от температуры заряда и изменения скорости горения топлива изменяется и время начального периода, отвечающего времени распространения пламени по поверхности горения в момент запуска. Все указанные изменения можно проследить на конкретном примере, приведенном в табл.
4.5. фиком, показанным на рис. 4.7, а формульная зависимость будет иметь вид Ьи и,— ия аг гг г2 (4. 7) здесь рг — температурный коэффициент для заданного топлива; Ли — изменение скорости горения в заданных пределах температуры; Лг — изменение температуры от гг до (~., (» Га — нЬчальиая и конечная температуры. Температурный коэффициент существенно зависит от состава твердого топлива и обычно определяется экспериментально. Для основных типов ТРТ конкретные значения температурного коэффициента в ограниченных пределах температур приводятся в табл.
4.6. Величину температурного и мм/и коэффициента, как это видно из табл. 4. 6, можно несколько изменять, вводя в состав топлива соответствующие добавки или меняя основные компоненты. Для ракетных двигателей, особенно для двигателей космических аппа атов аботаю- р р г,=-зр.г сгиба г с;г щих в условиях апирокого изменения начальных температур заряда, необходимо подбирать топлива с минимальным значением температурного коэффициента. Температурный интервал, в пределах которого действует установленный температурный коэффициент, должен отвечать условиям работы двигателя. Изменение скорости горения от температуры можно подсчитать по формуле Рис.
4.7. Влияние температуры иа скорость горения ТРТ иг = 1 — рг (га — 20'), (4. 8) 17 здесь го — начальная температура заряда, для которой определяется скорость сгорания; 5г — температурный коэффициент для заданного топлива. Эта формула достаточно точна в пределах температур от — 59 до + 50' С (223 — 323 К) (25). Влияние начальной температуры заряда на скорость горения можно объяснить малым значением теплопроводности массы ТРТ. В процессе сгорания тепловой поток от поверхности горящего слоя распространяется вглубь со скоростью, почти равной скорости горения.
Из-за низкой теплопроводности масса заряда не успевает прогреться, ее температура в зоне горения почти Таблица 4.6' Температурный интервал Ьи мм рг= —— аг с'С Тпп топлива 0,015-0,002 0,03 — 0,04 — 40зе+50 — зоил+60 233 — 323 243 — 333 Нитроцеллюлозиое Нитроцеллюлозиое с кими добавками знергстччес- — 55 —:+75 — 55 —:+75 0,057 †,06 0,02 — 0,03 218-348 218 †3 Смесевое обычное Смесевое на перхлорате анчоннн равна 1, и отвечает малой начальной скорости горения, которая и сохраняется в течение всего периода горения холодного заряда. Виды горения ТРТ В зависимости от свойств топлива и условий его горения в камере сгорания двигателя различаются пять видов горения: нормальное, неустойчивое, неполное, резонансное, эрозионное.
Возникновение той или иной формы горения заряда зависит от ряда условий и причин, которые не всегда могут быть четко установлены 12, 28, 541. Возникающие формы горения в ряде случаев могут переходить одна в другую иногда без видимых причин. Процесс сгорания топлива сложен, он не всегда поддается Расчету и управлению. Поэтому очень важно знать и различать формы сгорания, знать и уметь устранять основные причины, вызывающие возникновение той или иной формы горения. Нормальное горение ТРТ 176, Под нормальной формой горения топлива понимается устойчивое послойное горение, при котором устанавливаются посто:янные значения давления, температуры, скорости истечения га.зов из сопла и постоянная заданная тяга двигателя. Характер изменения давления в камере двигателя в зависимости от времени горения заряда показан на рис. 4.8; нормальное горение здесь представлено кривой А.
Для нормального горения необходимо соблюдение всех за.данных условий работы двигателя н поэтому оно, естественно, является наиболее желательной формой. При наличии нормального горения можно считать, что заданные технические условия по составу топлива, технологии изготовления заряда, условий его хранения и эксплуатации выдерживаются полностью.
гк Дк Рис. 4.В. Характер изменения давления в камере от времени горения: нрн нормальном горении (А), неустойчивом (Б), резонансном (В) Неустойчивое горение ТРТ Эта форма горения показана на рис. 4.8 кривой Б. Для неустойчивого горения характерны резкие отклонения давления в камере от расчетного р„. При этом нарушается постоянство газовыделения и тяги двигателя, что ведет к неустойчивости полета ракеты.
Неустойчивое горение является следствием многих причин, например наличия мелких трещин в заряде, находившемся в условиях длительного хранения, местного изменения влажности топлива, местного изменения плотности, вызванного условиями изготовления, плохого перемешивания массы топлива или наличия кусков от зарядов, пущенных в переработку. Неустойчивое горение может возникнуть в результате неравномерного распределения присадок в составе топлива. Одной из возможных причин возникновения неустойчивого горения может быть увеличение так называемого эрозионного эффекта или возникновения горения с раздуванием внутреннего канала заряда, увеличение его поперечного сечения к соплу по условиям, которые подробно рассматриваются в разделе о эрозионном горении.
Кроме перечисленных возможны и другие причины неустойчивости горения. Резонансное горение ТРТ Характерная для резонансного горения форма диаграммы давления в камере по времени горения показана на рис. 4.8, кривая В. Из диаграммы видно, что в начальном периоде горение идет нормально, но затем появляются колебания газа в объеме камеры. Вначале это слабые акустические колебания, которые затем усиливаются за счет возникающего резонанса.
Усиленные резонансные колебания обычно приводят к резкой неустойчивости горения, а затем н к разрушению двигателя. 177 Резонансное горение возникает при наличии звуковых и высокочастотных колебаний в газовом объеме камеры сгорания. Причины возникновения высокочастотных колебаний невозможно вскрыть четко во всех случаях. Иногда собственные колебания переходят в резонансные при определенных условиях горения заряда, например при достижении определенного давления. температуры или размеров горящего заряда. Иногда появлению резонансного горения способствует возникновение акустических колебаний газа в зазоре между зарядом и стенкой камеры в момент начала работы двигателя, т.
е. когда пламя распространяется по поверхности заряда. Иногда причиной резонансного горения являются отклонения в технологии заряда, например наличие разнородной плотности, трещины, кусковатость и др. [7, 251. Во всех случаях появления резонансного горения необходимо принимать меры борьбы с ним и добиваться его устранения. Известен ~25~ ряд способов борьбы с неустойчивостью горения. 1. Изменение рецептуры состава, введение присадок, действующих на процесс горения. Это присадки — стабилизаторы горения, флагматизаторы или катализаторы. Возможно изменение соотношения окислителя и горючего, замена одного изкомпонентов или применение смешанных горючих илн окислителей.
2. Изменение формы заряда с учетом возможного изменения величины тяги по времени работы двигателя. Изменяя форму заряда, меняют размеры поверхности горения и, таким образом, влияют на скорость выгорания заряда, на величину газо- образования, следовательно, на массу газа, скорость нарастания давления. Все эти элементы, в свою очередь, сильно влияют на возникновение и развитие акустических и резонансных колеоаний.
3. Увеличение адгезни заряда со стенками камеры, создание монолитности заряда н камеры, увеличение общей массы, что влияет на характер и частоту собственных колебаний системы. 4. Увеличение толщины или формы бронировки заряда, что иногда дает положительные результаты. Действие последних трех способов в принципе сходно. 5.
Изменение температуры горения, которое можно получить при изменении состава топливной массы, соотношения компонентов или характера выгорания заряда за счет бронировки или адгезии. Изменение температуры будет влиять на величину давления и плотности газа в камере, а следовательно, и на характер акустических колебаний в системе заряд — двигатель. Надо учитывать, что изменение температуры горения будет сопутствовать всем предыдущим способам борьбы с неустойчивым горением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
