598 Гл. 11. Режимы ЖРД и автоматическое регулирование их работы
время запаздывания превращения жидких компонентов топлива в га зообразные уменьшается и сдвиг фаз между поступлением компо нентов топлива в камеру и их сгоранием сужается, что приводит к увеличению частоты колебания давления газов в камере сгора
ния и уменьшению амплитуды;
4) правильной организации в камере сгорания |
рабочего |
про |
|
цесса за |
счет специальных конструктивных мер |
(применение |
|
устройств, |
вызывающих усиление обратных токов |
горячих |
газов |
в районе распылительной головки камеры, что снижает время за паздывания; различных типов форсунок в одной распылительной головке, что увеличивает неоднородность времени запаздывания для различных по размеру капель компонентов топлива и улучшает устойчивость работы двигателя, и т. п.);
5)изменения объема камеры сгорания за счет увеличения ее диаметра, так как большой объем ее служит демпфером для пуль
саций давления газов при работе двигателя;
6)увеличения безразмерной площади камеры сгорания, так
как при этом снижается ее расходонапряженность, до некоторого предела улучшаются процессы подготовки и условия для устойчи
вого сгорания топлива; в некоторых современных двигателях без размерная площадь камеры достигает f^=FK/FKp =7,8, а приведен
ная длина камеры сгорания /Пр—4 л;
7) использования определенных сортов горючих (тонка-250
и др.), имеющих малый период задержки воспламенения и обеспе чивающих устойчивость процесса сгорания в двигателе с подобран ными окислителями как при дросселировании, так и при форсиро вании работы двигателя;
8)уменьшения периода задержки воспламенения компонентов топлива их подогревом, использованием специальных катализато
ров;
9)правильного выбора длины и проходных сечений магистра лей системы топливоподачи и целесообразного монтажа их на дви гателе;
10)подбора типа и конструкции клапанов и других элементов системы топливоподачи и регулирования;
11)автоматического регулирования соотношения компонентов топлива в зависимости от изменения давления газов в камере сго
рания.
Изменяя конструкцию элементов системы топливоподачи и их параметры (длину и диаметр трубопроводов, гидравлические сопро тивления агрегатов и т. п.), можно частично стабилизировать ра боту двигателя и в случае необходимости расширить диапазон изменения его тяги.
Устойчивость работы двигателя также повышается при увели чении скорости подвода компонентов топлива в камеру сгорания за счет уменьшения диаметров трубопроводов.
§ 2. Автоматическое регулирование работы ЖРД |
599 |
Важна не только характеристика работы регулирующего |
эле |
мента (крана, клапана и т. п.), но и его размеры. Клапан конструк тивно нужно выполнить так, чтобы при нормальных условиях ра боты двигателя он был открыт наполовину, так как чрезмерно ма лый клапан всегда будет открыт, а весьма большой — в основном будет закрыт. При этих условиях клапаны могут способствовать неустойчивости в работе двигателя.
Для регулирования давления в камере сгорания или расхода топлива целесообразно применять клапаны с экспоненциальными характеристиками, так как работа их меньше зависит от рабочих условий (статического давления жидкости, проходных сечений и длины трубопроводов), чем клапанов с линейной характеристи
кой.
Любое мероприятие, способствующее более быстрому^ преобра
зованию топлива в продукты сгорания (уменьшение расхбдонапря-
женности, улучшение условий распыла компонентов топлива, теплоподвода к распыленным каплям этих компонентов, применение более химически активных компонентов, их подогрев и другие меры), будет стабилизировать работу двигателя.
Однако следует иметь в виду, что локализация или частичное снижение аномальных, подчас разрушительной силы пульсаций
давления газов в камере сгорания и детонационных явлений, воз никающих при запуске двигателя или в камерах сгорания больших размеров, за счет конструктивных мер обычно сопровождается усложнением конструкции двигателя. Повышение перепада давле ний компонентов топлива в коммуникациях двигателя, включая и форсунки, приводит к увеличению мощности и веса системы топ ливоподачи.
Разработка методов проектирования ЖРД, обеспечивающих получение устойчиво работающих систем, является очень важной задачей, так как экспериментальная доводка двигателей очень дли тельна и трудоемка и к тому же требует огромных затрат.
Наиболее важной является возможность аналитического расче та устойчивости низкочастотных колебаний давления в камере сго рания, так как такие колебания наиболее часты при создании нового типа двигателя, и борьба с ними пока представляет большие трудности. Механизм зарождения высокочастотных колебаний и колебаний ударного характера, видимо, имеет много общего с ме ханизмом возбуждения низкочастотных колебаний.
§ 2. Автоматическое регулирование режима работы ЖРД
Для того чтобы во время работы двигателя в условиях полета получать определенные значения зависимых переменных парамет ров (секундные расходы горючего и окислителя, их соотношение, давление в камере сгорания, тяга двигателя или изменение их по
заранее заданной программе) и улучшать летные характеристики
$ 2. Автоматическое регулирование работы ЖРД |
601 |
тяги должна быть ограничена частотой 10 гц или меньше. Целью
такого регулирования является предотвращение значительных ко лебаний давления в камере сгорания двигателя.
Точность регулирования тяги зависит от типа и назначения дви
гателя. Например, для стартовых двигателей и авиационных уско рителей фиксированной тяги и предельных значений регулируемой тяги колебание может допускаться в пределах ±5%. Для управля
емых снарядов в некоторых случаях требуется более точное
регулирование величины тяги и |
момента выключения |
двига |
теля. |
регулирования работы |
ЖРД |
В качестве обратной связи для |
используются главным образом тяга, давление в камере сгорания, давление подачи одного или обоих компонентов топлива и число оборотов турбонасосного агрегата.
Для прямого измерения тяги требуется сложная конструкция подвески двигателя и специальные датчики; все это оборудование
обычно оказывается слишком тяжелым. Выбор давления в камере сгорания для обратной связи требует соединения с источником го
рячего газа камеры сгорания и не обеспечивает непосредственного
регулирования стартовых переходных режимов. Давление подачи горючего или окислителя обеспечивает необходимое, хотя и косвен ное изменение давления в камере сгорания и обычно может быть использовано и для регулирования на стартовых режимах. Число оборотов ТНА целесообразно использовать только в качестве об ратной связи для выравнивания мощности нескольких ТНА много камерного двигателя.
В настоящее время сложное автоматическое регулирование ре жима работы двигателя может быть оправдано только для балли стических управляемых снарядов. Для снарядов небольшой даль ности полета, где простота конструкции и ее дешевизна являются одним из основных требований, это регулирование работы ЖРД нерационально.
Автоматическое регулирование режима работы ЖРД в летных условиях позволяет:
1)улучшить характеристики двигателя во время полета вслед ствие постоянства регулируемых параметров во время работы;
2)повысить экономичность работы двигателя использованием оптимального соотношения компонентов топлива и увеличить за
счет этого время работы двигателя более полным использованием
запаса топлива на снаряде;
3)компенсировать неточности изготовления элементов системы
подачи и настройки двигателя на рабочий режим при статических условиях;
4)повысить динамическую устойчивость и срок работы двига теля сохранением нормальных процессов работы в системе топли воподачи и в камере сгорания в течение всего времени работы при всех изменениях нагрузки и воздействии возмущений на снаряд