Материал: Шевелюк, М. И. Теоретические основы проектирования жидкостных ракетных двигателей учебное пособие для высших учебных заведений

Тяга камеры двигателя при работе в пустоте, т. е. при FBpa=0, ■определится по формулам:

Рп=Арк или Pb=A'Gs.

Эти формулы показывают, что при работе двигателя в пустоте зависимость Р„ от рк или Ga представляет собой прямую линию,

проходящую через начало координат, а при работе в атмосфере — прямую линию, расположенную ниже предыдущей на величину Р„ра (фиг. 4. 15 и 4. 16). Следует иметь в виду, что расходная ха­ рактеристика двигателя в реальных услпвиях представляет собой

---------расчетные характеристики

---------экспери ментальные

Ф,1иг. 4. 15. Примерные расходные характеристики двигате­ ля при работе в атмосфере и в пустоте.

почти прямую линию только до расходов топлива в камеру, рав­ ных -'•'30—40% от номинального. При более низких расходах топ­ лива расходная характеристика протекает по круто возрастающей кривой, направленной своей левой ветвью вниз.

Удельная тяга камеры двигателя при соответствующем значе­ нии рк определится по формуле

Для данного двигателя отношение ApK.p/Gav есть величина по­ стоянная. Обозначив ее через В и учитывая, что в пустоте ра=0, находим выражение для работы двигателя в пустоте:

^Уд.п = -т;— = В = const.

Gs P

108 Гл. 4. Режимы работбь ЖРД

Это выражение показывает, что при допущении постоянства фк и п по дроссельной характеристике изменение удельной тяги в за­ висимости от рк или Ga при работе двигателя в пустоте представ­ ляет собой горизонтальную линию (см. фиг. 4. 15).

Вследствие ухудшения экономичности работы двигателя в свя­ зи с изменением Gs относительно Gsp и наличия гидродинамиче­ ских потерь энергии газов вви­ ду работы сопла в оптималь­ ных условиях реальная зависи­ мость тяги от давления в каме­ ре сгорания представляет собой некоторую кривую линию,

близкую к прямой (фиг. 4. 17).

Так как кривизна этой линии

весьма незначительна, то при отсутствии данных стендовых

положена уже известная общая формула тяги двигателя:

п —

п

Р= р F

НГК кр

Для вычисления тяги двигателя по этой формуле при выбранных значениях (например, при рк = 5; 10; 15; 20 ата и т. д.) нужно за­ даться предполагаемым средним значением показателя политропы п и при помощи графиков фиг. 3. 9 определить в зависимости от ft=FB/Fttp данного двигателя и выбранного значения п отношение рк//7в, а затем рв.

На фиг. 4. 16 приведены результаты таких расчетов дроссельных

характеристик двигателя А-4 при работе на уровне моря при раз­ личных значениях п. Для этого двигателя fB=3,42.

Кривые этой фигуры показывают, что п незначительно влияет на дроссельную характеристику двигателя. Например, при изменении п от 1 до 1,67 тяга двигателя А-4 при данном рк изменяется прибли­ зительно на 10%. Увеличение п при неизменном рк вызывает умень­

шение тяги двигателя.

Так как при соответствующих значениях рк невозможно точно оценить величину показателя политропы п расширения газов в соп­ ле, то и в этом случае результаты расходной характеристики дви­ гателя получаются приближенными.

Для выполненных двигателей среднее значение п достаточно точно можно определить по замеренным во время экспериментов ве­ личинам рк и рв.

подачи компонентов топлива в камеру сгорания рп можно пользо­ ваться формулой

Рп = Рк + ^Рс.п=Рк + ДА.п.р (-^~}2=РК + ЛА.п.рб-^-)2 •

' Рк.р / \ Gs р /

Двигатели последних ступеней составных снарядов должны на­ чинать и кончать свою работу в пустоте. Это обстоятельство требует знания расходных характеристик высотных и чрезмерно высотных двигателей и уметь строить их на основе данных земных стендовых испытаний.

На фиг. 4. 18 показаны расходные характеристики ЖРД с нере­ гулируемым высотным соплом по расходу Gs (сплошные линии) и

с идеально регулируемым соплом в соответствии с расчетными ус­

ловиями работы (при рв = ра).

В данном случае при отклонении Gs от расчетной величины G.,

регулирование сопла производят его укорочением или удлинением,

с нерегулируемым и с идеально регулируемым по вы­ соте соплом.

/—двигатель с нерегулируемым по высоте полета соплом, 2—двигатель с идеально регулируемым соплом.

При этом нерегулируемое сопло двигателя работает в неоптималь­ ных условиях, т. е. с перерасширением или недорасширением газов относительно давления окружающей среды ра-

На фиг. 4. 19 показаны расходные характеристики невысотного и высотного ЖРД при работе в атмо­ сфере и в пустоте (пунктирные линии относятся к высотному двигателю).

Сравнивать расчетные и экспери­ ментальные расходные характеристи­ ки ЖРД можно только при условии

приведения их к одинаковым услови­ ям (лучше к нормальным).

Для выбора наивыгоднейшего ре­ жима работы двигателя также пред­ ставляют интерес следующие пример­

ные его характеристики (фиг. 4.20): 1) зависимости удельного расхода

топлива Суд и внутреннего к. п. д.

и удельной руД тяг двигателя от коэффициента избытка окислите­ ля а.

Фиг. 4. 20. Зависимость некоторых параметров рабочего процесса1 двигателя от давления в камере сгорания и коэффициента избытка окислителя в топ­ ливе.

Совокупность различных расходных и высотных характеристик позволяет достаточно точно оценить ЖРД любого типа и конструк­ ции с точки зрения секундного расхода топлива, силы тяги, эффек­ тивности работы и тех требований, которые предъявляются к каме-

«= 20 кг[см2, Gsp= 13,54 кг'сек, рв,р = 1,00 кг[см2.