520 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД
При решении приведенной системы уравнений методом после
довательных приближений можно принимать в первом приближе нии парциальные давления газов С2Н2, С2Н4 и С2Н6 равными нулю из-за их малости.
Если в состав данного топлива входит азот, то весовая доля углерода в твердой фазе также может быть определена из следую щего уравнения баланса:
_12 |
Рсо, + Рсо |
14 |
2^N2 + /’NO + |
где gc и gN кг:кг — весовая |
доля углерода и соответственно |
азота в 1 кг топлива.
В этом случае энергосодержание 1 кг продуктов сгорания топ лива определяется по формуле
где Ли/С—энергосодержание i-ro газа и соответственно твердо го углерода (конденсированной фазы) в смеси, отне сенные к 1 кмоль;
цс — молекулярный вес углерода в твердой фазе.
Энтропия 1 кг продуктов сгорания вычисляется по формуле
\ = — У (S; - R1П Pi)Pi + Sc,
где Si и Sc — стандартная энтропия i-го газа и твердого углерода, отнесенная к 1 кмоль.
Расчеты показывают, что в 1 кг продуктов сгорания упомяну того выше топлива при х=1,8 и температуре 900° С содержится около 4—5% углерода в твердой фазе.
При увеличении коэффициента состава топлива % относительно стехиометрического значения температура сгорания топлива начи нает понижаться. При этом соответственно уменьшается содержа ние в продуктах сгорания продуктов диссоциации О, Н и ОН и рез ко уменьшается в газовой смеси содержание Н2 и СО.
Установлено, что продукты сгорания рассматриваемого топлива при больших значениях х состоят из продуктов полного сгорания
СО2 и Н2О, свободного кислорода О2 и азота N2.
Для определения состава и температуры продуктов сгорания
топлива, значительно балластированного горючим, требуется много времени. Поэтому расчет камер сгорания для топлив с весьма ма
лым коэффициентом избытка окислителя (а=0,15-4-0,4) можно производить по значению RKT^ (см. стр. 546).
522 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД
Затем строят совмещенные графики /т=/(х) и Аг=Д(х) и так как согласно первому закону термодинамики /т=/к, то точке пересече ния кривых /г и /к будет соответствовать искомое расчетное значе ние Храсч’ соответствующее выбранной расчетной температуре Тк°К.
Аналогично определяют % при балластировании топлива горю чим; в этом случае нужно задаваться предварительно х=0,5; 1,0
и 1,5.
Потребный расход вспомогательного топлива для работы каж дого ЖАД системы определяется по формуле
|
ДкТкУпепл |
(10.50) |
|
|
|
где |
1/кл— объемная потеря газа через клапан |
постоянства |
|
давления, определяемая в каждом |
конкретном |
|
случае экспериментально; |
|
|
RKTK— приведенная сила газа, определяемая термоди |
|
|
намическим расчетом реактора, в |
кгм/кг; |
т)Гепл ~0,2 -ч- 0,3 — коэффициент, учитывающий тепловые потери газа в системе топливоподачи; определяется экспериментально.
Приведенная формула показывает, что потребный расход вспо
могательного топлива в реактор ЖАД обратно пропорционален температуре газов в баках двигателя. Необходимые запасы компо нентов топлива блоков подачи ЖАД следует определять с учетом вероятных отклонений допусков на давление подачи рБ , объем
баков, величину RrTk и коэффициент у.
Расход топлива в ЖАД системы топливоподачи приблизительно
равен 1,5—2% от расхода топлива в камеру сгорания двигателя. К распылу компонентов топлива при подаче в реакторы предъяв
ляются общие требования. Расчеты форсунок реакторов произво дятся обычным способом.
В некоторых случаях в момент запуска двигателя весьма важно сократить время повышения давления в топливных баках до рабо чих значений (при наличии в баках воздушных подушек). С этой целью можно применять пороховые шашки, горящие в первые се
кунды после сигнала «пуск». Вес и поверхность горения этих шашек рассчитывают исходя из условия заполнения пороховыми газами свободного объема баков до давления подачи. Горение шашки дол жно закончиться до начала работы реактора ЖАД.
Вес ЖАД состоит из веса топлива GT, веса |
бачков для топ |
лива G6a4, веса баллонов для сжатого газа О6ал |
и веса сжатого |
газа Gr, т. е. |
(10.51) |
^Ж АД — + ^бач + ^бал + |
Поскольку в настоящее время отсутствуют точные данные о весе камеры сгорания ЖАД, то при приближенных расчетах вес ее при
§ 5. Расчет жидкостного аккумулятора давления |
523 |
ходится учитывать некоторым увеличением коэффициента |
(при |
подсчете весов 6б1Ч и ббэл). |
|
Считая, что топливные бачки и газовые баллоны ЖАД изготов
лены из одного и того же материала шарообразной формы и имеют
одинаковые объемы, т. е.
Ст |
РвУБ |
^бач ^бал |
|
7т |
^Дк'ГтСтепл |
по аналогии с вытеснительной системой |
топливоподачи с |
ВАД |
||||||||||||
удельный вес ЖАД выразится так: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
^ЖАД |
От + Сбач + Сбал+ Сг________ ?Б |
. |
3 £аПа (РБ + &РБ) |
||||||||||
|
^Б |
|
|
|
|
|
|
^|ДкГ|Тепл |
2 |
C/j a/fu,a |
||||
|
|
3 |
feana (/7Б + Д^Б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
2 |
(1 |
■*) |
а/7м.а |
|
ЯаЛ (1 — X) |
|
|
|
|
|||
|
Рв |
t |
3 Sana (РБ + ЬрБ) |
/ |
|
|
k (РБ + ЬрБ) |
кг)л, |
||||||
^?k^k7ttitепл |
7т |
2 |
°йа/7м.а |
|
\ |
|
|
RaTa(i-x) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(10.52) |
где |
k — показатель |
политропы расширения |
газа |
в |
системе; |
|||||||||
|
7Т —удельный вес топлива |
в |
ЖАД; |
|
|
|
баками |
|||||||
|
ДрБ —перепад давления между баллонами ЖАД и |
|||||||||||||
/?а |
основных компонентов топлива; |
|
в |
баллонах |
||||||||||
и Га— газовая постоянная и |
температура газа |
|||||||||||||
|
ЖАД в начале работы системы. |
|
|
|
|
|||||||||
Удельный вес вытеснительной системы топливоподачи с |
ЖАД |
|||||||||||||
(аккумулятора давления и цилиндрических баков |
основного топ |
|||||||||||||
лива) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_ / |
1 |
Г |
, |
3 еап3 (рБ + ДрБ) , |
k X |
|
|
||||||
|
Yc.n |
Рб п т |
|
|
2 |
7т'36а/7м.а \ |
I—*/ |
|
|
|||||
|
|
1т\к7 к^тепл . |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
k (р |
+ Дп ) |
|
|
2е |
п |
) |
|
|
|
|
|
|
|
+ —+----- |
!LJM кг^л |
|
|
|
(10.53) |
|||||||
|
|
|
7ЛТ’а(1-х)] %б/7м.б) |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
На фиг. 10.12 |
приведены |
кривые зависимости удельного веса |
||||||||||||
системы подачи с ЖАД, вычисленные по уравнению (10.53) при
/?КГК= 10000 кгм[кг и RKTK=50000 кгм/кг; т}тепл=0,28; ут=1300 кг/м3;
£а = еБ = 1-4; па=1,7; иБ = 3; ДрБ=0,2/?Б; 6=1,4; х = 0,2; 3ta = = аАБ=110 кг!мм\ Ум а = к Б = 7900 кг!м3; /?а = 29,27 и Га = 293°К.