Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 40
Текст из файла (страница 40)
6. Акустическое воздействие на устойчивость горения. Поскольку неустойчивость есть результат возникновения и разви- 178 тия акустических колебаний с последующим их усилением и переходом в резонансные, естественно, возникает необходимость погасить акустические колебания в их начальной форме. Возбуждая в камере в массе газа иную систему акустических колебаний, можно ожидать, что новая искусственная форма их придет в резонанс с' основными колебаниями и заглушит их или уменьшит их энергию.
Это возможно при условии, что искусственные колебания будут подобраны как антиколебания по отношению к основным. 7. Процесс выгорания массы заряда можно регулировать,изменяя ее теплопроводность с помощью металлических стержней или ленточек и, таким образом„ противодействуя неустойчивости горения, регулируя выгорание тех или иных объемов заряда, газообразование, а следовательно, и акустические колебания. Эрозионное горение — горение с раздуванием Эрозионное горение, или, как его часто называют, горение с раздуванием внутреннего канала заряда, также относится к аномальным формам горения.
Однако эрозионное горение заметно отличается от предыдущих аномальных форм и по существу н по форме явления. Явление было обнаружено и описано Мюрауером около 1927 г. Впервые это явление исследовано Лангемаком в 1934 г, затем А 6 позднее более подробно— Зельдовичем, Лейпунским и Победоносцевым.
Внеш Рис 4.9, изменение фоРмы канала нри эрозионнои горении: нее проявление эрозион- л , ного горения сводится к тому, что заряд ТРТ, имеющий внутренний цилиндрический канал, горит так, что диаметр канала не остается постоянным по всей длине, как должно быть при послойном горении 125, 541.
При эрозионном горении диаметр внутреннего канала у сопла увеличивается больше, чем диаметр у головной части каме. ры, и канал приобретает форму конуса (рис. 4.9). Происходиг как бы раздувание канала к соплу на конус. Механизм эроэионного горения сложен и, по существу, не вскрыт до конца и в настоящее время. Эрозионное горение возникает только в начальный период, когда внутренний канал, по поверхности которого идет горение, имеет относительно большую поверхность (площадь) по сравнению с площадью поперечного сечения канала на выходе газов.
В этом случае в процессе горения в выходном сечении канала всегда устанавливается высокая скорость течения газов и возникает турбулентное течение. 179 В условиях турбулентного течения с большой скоростью, как известно, увеличивается теплопередача от горячих газов к слою топлива, увеличивается температура слоя и растет скорость выгорання топлива именно у выходного сечения канала. Но с увеличенной скоростью выгорает только хорошо прогретый слой топлива, а затем, из-за плохой теплопроводности ТРТ, нижележащие слои топлива оказываются холоднее и скорость горения замедляется. В ряде случаев наблюдается даже временное прекращение горения слоя до его прогрева, последующей сублимации и новой вспышки.
Таким образом, возникает нестационарность горения, из-за чего горение и называют эрозионным. Механический эффект выдувания твердых частиц топлива газовой струей, текущей с большой скоростью через краевое сечение канала, вероятно возможен, но он не является решающим и не может объяснить не- стационарность эрозионного горения.
Для характеристики эрозионного горения Ю. А. Победоносцевым была предложена удобная и простая зависимость, получившая мировое признание и названная коэффициентом Победоносцева х пое, з поверхность горящего заряла кпм — —— Р площадь газового потока В краевом сечении канала заряда, по поверхности которого протекает горение (если поверхность горения в канале заряда измеряется от днища камеры, а площадь поперечного сечения канала в краевом сечении у сопла), хп,о будет иметь максимальное значение в начале горения. Как уже говорилось, эрозионное ~орение возникает в начале горения, когда хп,о велико, затем оно быстро прекращается или вообще не возникает, как только хи оп достигает некоторого «порогового» значения. В связи с этим явление эрозионного горения хорошо описывается следующей зависимостью (391: 7 (к) = 1+1(кп а — к.,р., ь (4. 9) Здесь хпоб)хоррор, $ — опытный коэффициент.
Для баллиститных ТРТ обычно принимают х„р,„— — 100 и 5=0,003 —:0,004. Величина х„р„зависит от давления в камере. Для р,до 100 кгс/смз хоорог = 80 —:120. Существуют и другие аналитические зависимости для подсчета )(х), но все они опираются на определенные экспериментальные данные. Для технических расчетов наибольший интерес представляет формула Грина Х( )==1+К ( — ", ) — „,",' (4. 10) где К вЂ” опытный коэффициент, зависящий от состава топлива и формы заряда; )80 х — координата расчетного сечения от головной части камеры; 1. — длина заряда нли длина канала; Р„р — площадь критического сечения сопла; угу — плошадь'поперечного сечения канала до начала горения,а в случае многоканального заряда — суммарная площадь всех каналов.
Схема топливного заряда к формуле Грина показана на рис. 4.10. Термодинамические параметры ТРТ й полн= гуФтл у',= — =9,33 г~дРч, уд м где у), — реальный коэффициент полезного действия; (4. 11) 14. 12) д/=уц — уд= у (до Тц)=с дТ„. 14. 13) Разность энтальпии в камере и на срезе сопла есть функция относительной весовой доли элементов топлива и температуры в 181 1. Состав компонентов топлива и их расчет, т. е. определение относительной массовой доли вещества, стехиометрического и действительного коэффициентов топлива и стехиометрического и действительного коэффициентов избытка окислителя ~39, 58).
2. Состав продуктов сгорания топлива н расчет их количества с учетом и без учета диссоциации газов, 3. Основные термодинамические параметры топлива и их расчет, т. е. определение энтальпии, энтропии и температуры газов в камере и на срезе сопла. 4. Оценки термодинамнческих па- Ряс 4.10. схема заряда тРт раметров заданного топлива и опреде- к формуле Грина ление удельного импульса тяги, расхода топлива, формы заряда н размеров двигателя. Термодинамические параметры особенно важны для проектировщика двигателя и поэтому являются одной из главнейших характеристик топлива. Удовлетворительное значение термодинамических параметров заданного топлива определяет выбор этого топлива, даже если остальные свойства в какой-то части не полностью отвечают техническим требованиям.
Прежде чем перейти к подробному рассмотрению определенных термодинамических параметров, напомним некоторые простые, но важные зависимости основных параметров рабочего процесса: камере так же, как и теплоемкость ср=)(йь Тк). Для ТРТ наибольшую сложность представляет определение относительной массовой доли элементарного вещества потому, что состав компонентов ТРТ весьма сложен. Напомним также, что для ТРТ остаются в силе принятые ранее определения: ~аке . ~ак хо= —, х= —; к=ага. Сргаре бгар Количество топлива, сгорающего в единицу времени, определяется как ст„=гт и Т„ (4. 14) где Р— поверхность горения заряда, см'1 и — скорость горения, см(с; Т, — плотность ТРТ (заданного состава). Обычно Т,=сопз1 и равна 1,6 — 1,7 г/сма для баллиститных и смесевых топлив.
Тогда 0,,=7'(и, г"), т. е. расход твердого топлива зависит от скорости горения заданного топлива и от поверхности горения, которая, в свою очередь, определяется формой н конструкцией заряда, а также и формой бронировки заряда. Расчет состава компонентов ТРТ Состав компонентов ТРТ обычно задается в соответствии с типом топлива и на основе технических требований. Расчет элементов в составе топлива и продуктов сгорания обычно сводится к отысканию и решению системы уравнений, связывающих коэффициенты в уравнении реакции сгорания топлива, в продукты сгорания. Эта связь обычно дается в условной формуле, имеющей вид: СоНоОгИа хСОт+УСО+зНт+иН,О+ — Хт.
(4.15) В этой формуле индексы а, Ь, с и с( представляют числа Ы грамм-атомов элементов топлива. Коэффициенты х,у,а,п, —— 2 числа грамм-молекул состава продуктов сгорания. Отсюда следует, что условной формулой называют запись, перечисляющую все химические элементы, входящие в состав топлива с указанием числа их грамм-атомов и показывающую, в какие продукты сгорания распределяются эти элементы с учетом количества их гламм-молекул. 1В2 л, дв =(а или Ь или с или с(), ига (4. 16) где пг — число атомов данного элемента в молекуле Рго компонента; йв — весовая доля (-го компонента в 1 кг ТРТ; )вва — молекулярный вес (-го компонента. Ж Ал формула л;= — ' аналогична формуле й= — применяемой Ии (вк для расчета относительной весовой доли ~'-го вещества в компоненте жидкого топлива.
В этой формуле А — атомный вес 1-го вещества; а — число атомов (-го вещества; )г„— молекулярный вес компонента. Запись, формулы для конкретного вещества, например для утлерода, в составе ! кг топлива будет иметь вид: мввва 1гк 1 (4. 17) где а — индекс углерода в условной формуле; (е — количество компонентов с углеродом в данном ТРТ; пс — число атомов углерода в молекуле компонента топлива; пс — весовая доля компонента в ! кг топлива; )вк — молекулярный вес компонента топлива.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
