- •Общая теория авиационных
- •1.2. Области применения реактивных двигателей
- •2. Турбореактивный двигатель (трд)
- •2.1. Принцип создания тяги трд
- •2.2. Изменение параметров рабочего тела и превращения энергии по тракту трд
- •2.3. Основные параметры трд. Тяга трд Основные параметры трд
- •Тяга трд
- •3.2. Идеальный цикл трд
- •3.2.1. Условия и диаграммы идеального цикла трд
- •3. Циклы трд
- •3.1. Сущность второго закона термодинамики
- •3.2.2. Работа идеального цикла трд
- •3.2.3. Термический кпд идеального цикла трд
- •3.2.4. Идеальный цикл со ступенчатым подводом тепла
- •3.3. Действительный (реальный) цикл трд
- •3.3.1. Процессы в действительном цикле
- •3.3.2. Работа действительного цикла трд
- •Внутренняя (индикаторная) работа
- •Эффективная работа цикла трд
- •3.3.3. Эффективный кпд трд
- •Зависимость
- •Зависимость ηe от высоты полета н
- •Зависимость ηe от числа м полета
- •3.3.4. Тяговый (полетный) кпд трд Физический смысл тягового кпд
- •Вывод: Любое воздействие, приводящее к уменьшению разницы между cc и V, приводит к росту ηтяг. Зависимость ηтяг от высоты полета н
- •Зависимость
- •3.3.5. Полный (экономический) кпд
- •3.3.6. Энергетический баланс и потери в трд
- •4. Зависимость удельных параметров трд от параметров рабочего процесса. Основы расчета врд
- •4.1.Зависимость
- •4.2. Зависимость
- •4.3. Зависимости Rуд и сR от кпд процессов сжатия и расширения
- •4.4. Понятие о свободной энергии врд
- •4.5. Основы газодинамического расчета трд
- •5. Ракетные двигатели (рд)
- •5.1. Принцип действия и классификация рд по источнику энергии
- •5.2. Создание тяги в химическом рд
- •5.2.1. Принцип создания тяги рд
- •5.2.2. Расходный комплекс рд
- •5.2.3. Тяговый комплекс рд
- •5.2.4. Мощность рд
- •5.2.5. Удельный расход топлива
- •6. Цикл ракетного двигателя жидкого топлива (жрд)
- •6.1. Диаграмма идеального цикла рд
- •6.2. Работа идеального цикла рд
- •Так как работа цикла расходуется на приращение скорости продуктов сгорания, то есть увеличение их кинетической энергии от ск ≈ 0 до сс, то
- •6.3. Коэффициенты полезного действия цикла рд
- •6.3.1. Энергетические кпд
- •6.3.2. Импульсный кпд
- •6.3.3. Полный кпд
- •7. Реактивное сопло
- •7.1. Условия получения дозвуковых и звуковых скоростей в сопле
- •7.2. Условия получения сверхзвуковых скоростей
- •7.3. Режимы работы сужающегося реактивного сопла
- •7.2. Режимы работы
- •7.4. Режимы работы сверхзвукового реактивного сопла
- •7.5. Назначение и выбор типа рс
- •7.5.1. Сверхзвуковое рс
- •8. Статические характеристики ракетного двигателя
- •8.1. Дроссельные характеристики жрд
- •8.1.1. Особенности глубокого
- •8.2. Высотные характеристики рд
8.1. Дроссельные характеристики жрд
Дроссельными характеристиками (ДХ) ЖРД называются зависимости тяги R и удельного импульса Iу от массового расхода продуктов сгорания Мт при постоянных соотношении компонентов ракетного топлива КМ (Тк = const, k = const, R = const), давлении окружающей среды (высоты, рн = const) и фиксированных размерах сопла (Fкр = const, Fc = const).
ДХ ЖРД также называют расходной или регулировочной, так как она отражает возможности регулирования величины тяги.
Дросселирование
(снижение тяги) ЖРД осуществляется
уменьшением секундного массового
расхода топлива Мт,
подаваемого в КС. Величина Мт
при его неизменной плотности (ρт
= const)
зависит от суммарной площади проходных
сечений форсунок ΣFф
и перепада давлений на форсунках Δрф,
то есть Мт
= f(Δрф,
ΣFф).
Обычно при дросселировании уменьшают
Δрф.
Это приводит к снижению давления в КС
,
следовательно, снижению полной степени
расширения в РС
при
.
Если ДХ строятся на высотах от нулевой
до расчетной (
),
то при дросселировании углубляется
режим перерасширения, следовательно,
будет уменьшаться величина удельного
импульсаIу.
Одновременное уменьшение Мт
и Iу
обуславливает снижение тяги R
= f(Мт,
Iу).
Так как
,
(8.1)
то
есть Мт
= f(
),
а значение
легче замерить, то ДХ можно представить
в виде: R
(
);
Iу
(
).
Тягу в вакууме (пустоте) можно определить по формуле
Rп = Мтсс + рсFc (8.2)
Подставив в зависимость 8.2 значение Мт из формулы 5.10
,
(8.3)
получим
(8.4)
Так
как
=const,
=const,сс
=
=const,
= const,
то можно записать
Rп
= В
,
(8.5)
где
(8.6)
Таким
образом ДХ Rп
= В
представляет собой линейную зависимость
(рис. 8.1). Причем при росте величинFкр
и
угол наклона прямой увеличится, то есть
тяга РД будет сильней зависеть от
величины
.
П
Рис.
8.1. Зависимость тяги РД от
давления в КС
R = Rп – рнFc (8.7)
пройдет
параллельно зависимости Rп(
)
не через начало координат (см. рис. 8.1).
Причем снижение тяги РД, по сравнению
сRп,
тем значительней, чем меньше высота
полета (↑рн).
Зависимость R(
)
сохраняет линейность на режимах
недорасширения и неглубокого
перерасширения. При глубоком перерасширении
темп сниженияR
при уменьшении
замедляется за счет скачка уплотнения
в сопле (см. рис. 7.4) и при любых условияхR
остается
положительной.
Для
получения зависимости Iу.п(
)
подставим в уравнение
Iу.п = R /Мт = сс + рсFc/Мт (8.8)
значение Мт из выражения 8.3 и получим
Iу.п
= сс
+
(8.9)
Так
как при заданных в определении ДХ
условиях
=const,
то видно, что сс
= const,
следовательно, удельный импульс в
вакууме Iп
= const
и от
не зависит (рис. 8.2).
При работе РД в атмосфере (рн > 0)
I
Рис.
8.2. Зависимость удельного импульса от
давления в КС
,
(8.10)
зависимость
Iу(
)
представляет собой гиперболу (см. рис.
8.2), причем при
→
0,Iу
→ – ∞, при условии безотрывного течения
в сопле. Фактически при глубоком
перерасширении из-за образования скачка
в сопле (зона 2)
Iу
сохраняет положительное значение. В
сопле с большим значением
темп снижения удельного импульса при
уменьшении
возрастает.
Т
Рис.
8.3. Дроссельные характеристики
ЖРД
иМт
существует однозначная связь (8.3), близкая
к линейной зависимости, ДХ часто
изображают в координатах R – Мт;
Iу – Мт
(рис. 8.3). При работе ЖРД в вакууме рс.п
→ ∞ и РС работает при постоянном
недорасширении, следовательно, удельный
импульс Iу.п
= const,
а Rп
снижается пропорционально уменьшению
Мт.
Режим Мт.min
(
)
обычно обусловлен порогом устойчивой
работы КС при малых расходах топлива
(глубокое дросселирование), режимМт.max
(
)
является предельно допустимым режимом,
на который рассчитаны прочность и
жаростойкость камеры ЖРД. Пунктиром
(см. рис. 8.3) показано протекание ДХ при
гипотетическом безотрывном течении в
РС.
ДХ
можно получить расчетным способом и
экспериментально при стендовом испытании.
Сопоставление результатов расчета и
экспериментального определения ДХ
показано на рис. 8.4. Удобно представить
ДХ в виде зависимостей
и
,
где
,
,
– отношения текущих значений параметров
к их значениям на максимальном режиме
работы ЖРД:
;
;
.
Видно, что при значительном уменьшении
расхода топлива результаты эксперимента
(сплошные линии) и расчета (пунктирные
линии) все больше расходятся. Объясняется
это тем, что при значительном уменьшении
Δрф
ухудшаются процессы распыления и
перемешивания топлива, и, следовательно,
растут потери полного давления
в КС.
С
Рис.
8.4. Сравнение
расчетных и экспериментальных ДХ
совпадают во всем диапазоне режимов
работы ЖРД. Причина в том, что ухудшение
качества процессов в КС при малых
расходах топлива одинаково сказываются
на
иR.
ДХ камер с кольцевыми соплами и соплами Лаваля на режимах недорасширения идентичны. На режимах глубокого перерасширения ДХ камер с кольцевыми соплами более благоприятны в связи с возможностью саморегулирования.
