3.5. Оценка эффективности процессов в химических ракетных двигателях

Для оценки качества работы ракетных двигателей используются энер­гетические коэффициенты полезного действия (к.п.д.) и импульсные коэф­фициенты потерь

Энергетические к.п.д. г\ - учитывают совершенство процесса преобра­зования теплоты в работу, а импульсные коэффициенты потерь - потери энергии в элементах камеры ракетного двигателя.

1.Суммарный коэффициент полезного действия:

где Lц - работа, совершаемая ракетным двигателем за цикл (эквивалентна площади abcd на рабочей P-V диаграмме, см. рис. 11). Н_раб - теплота, выделяемая двигателем за цикл.

где - энергетический к.п.д. импульса давления;

- энергетический к.п.д. в канале сопла; - энергетический к.п.д. процесса расширения;

- термический к.п.д.

2.Импульсный коэффициент потерь в камере сгорания:

Индексы «и» и «д» соответствуют идеальным и действительным зна­чениям параметра.

Принято считать, что ; , тогда

3.Импульсный коэффициент потерь в канале сопла:

где: К_р - коэффициент тяги;

Нижний предел изменения величины соответствует ДУ с малыми тягами, а верхний - с большими тягами.

4. Импульсный коэффициент потерь удельного импульса:

4. Характеристики ракетного двигателя

4.1. Дроссельная характеристика ракетного двигателя

Зависимость тяги и удельного импульса двигателя от массового се­кундного расхода топлива при постоянной высоте полета и неизменном соот­ношении компонентов топлива называется дроссельной характеристикой ра­кетного двигателя.

В действительности при работе ракетного двигателя изменение массо­вого секундного расхода топлива т сопровождается изменением парамет­ров потока по тракту двигателя (W_a , Р_а, Т_к). Однако, т.к. изменение т на стабилизированном участке полета незначительно, то принимают:

Определим зависимость

-импульс давления

Дроссельные характеристики представляют собой семейство прямых с угловым коэффициентом А, зависящим от скорости на срезе сопла, рис.12.

Зона нежелательной работы

Рис.12

При массовом секундном расходе , согласно полученной

графической зависимости, рис. 12, тяга принимает отрицательные значения. В действительности этого не наблюдается, т.к. в этом случае существенным об­разом меняется режим истечения (отрыв потока от стенок сопла), что обу­славливает положительные значения тяги. При работе ЖРД существует неко­торое значение массового секундного расхода , меньше которого работа двигательной установки является нежелательной в течение длительного перио­да времени.

Зависимость удельного импульса I_уд от массового секундного расхода т представлена на рис. 13

При работе двигателя целесообразно поддерживать постоянной вели­чину удельного импульса даже при изменении массового секундного расхода. Это возможно за счет обеспечения следующих мероприятий:

поддержание постоянным перепада давления на форсунках;

поддержание постоянным давления в камере, Pк=const;

обеспечение работы двигательной установки на расчетном режиме.

Рис.13

Мероприятия, обеспечивающие изменение протекания дроссель­ной характеристики.

Рис.14

1.Изменение вида топлива, рис.14

2.Изменение площади среза сопла, рис. 15

Рис.15