$ 12. Определение действительных параметров и характеристик ЖРД |
277 |
фс^О,954-0,97 — для конических сопел и |
|
Фс^О,984-0,99 — для профилированных сопел. |
от fK |
Для иллюстрации на фиг. 6. 29 показана зависимость <р/к |
двигателя, работающего на топливе тонка-250 + 80% HNO3 98%-ной
и 20% N2O4 при рк—254-30 ата.
Коэффициент полноты давления газов в камере сгорания двух компонентного газогенератора фГк^0,854-0,86, а коэффициент пол
ноты скорости истечения газа из сопла выхлопной трубы турбины
Фс^О,974-0,98. При этом коэффициент полноты тяги, создаваемой отработавшим газом турбонасосной установки, фуД~0,824-0,84.
При расчете проектируемого ЖРД значения коэффициентов фРк
и фс выбирают на основании данных статистики с учетом соответ ствия конструктивных данных проектируемого двигателя конструк
тивным и эксплуатационным характеристикам существующего дви
гателя, при испытаниях которого получены интересующие нас коэф фициенты.
Коэффициент полноты давления газов в камере сгорания ЖРД выражается формулой
= |
(6-71) |
где рт=ркт/?крт/05Т —теоретический импульс давления газов
|
в камере сгорания двигателя в кг , |
опре- |
|||
|
деляемый |
из уравнения |
кг[сек |
|
|
|
теоретического |
||||
|
секундного расхода топлива в камеру сго |
||||
|
рания двигателя: |
|
|
||
G |
т = |
^к.1т |
1‘р'т— А кг'сек, |
(6. 72) |
|
|
6 1 |
-./ р |
т |
4 |
7 |
т. е. |
|
V ^к.т7 к.т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рт= |
|
. |
(6. 73) |
|
АкгIсек
а |
РкРкр |
„ |
„ |
„ |
|
|
давления |
газов в камере |
||
р=——------действительный импульс |
||||||||||
|
|
сгорания двигателя, который можно определить |
||||||||
|
|
для |
существующего |
двигателя |
по замеренным |
|||||
|
|
параметрам рабочего процесса во время испыта |
||||||||
|
|
ний |
на стенде, а для |
проектируемого двигателя — |
||||||
|
|
по выбранному значению |
коэффициента <?Рк |
и вы |
||||||
|
|
численной |
величине р, |
т. |
е. |
по формуле |
|
|||
|
|
|
|
М^-7-. |
|
|
(6.74) |
|||
|
|
|
|
к |
кг)сек |
|
|
|
|
|
Для существующих топлив и |
условий |
их сжигания в |
ЖРД |
|||||||
имеем |
рт^1604-222 кг сек/кг. |
|
|
|
|
|
|
|||
278 Гл. 6. Рабочие процессы в камерах ЖРД
В иностранной литературе параметры рт и р принято называть соответственно теоретической и действительной характеристической скоростью стационарного процесса сгорания топлива в камере ЖРД, а параметр ф^ =р/рт— коэффициентом полноты превраще
ния топлива в камере двигателя в продукты сгорания.
Для определения коэффициента полноты удельной тяги фуД=
—PysJPyn. т нужно по данным испытаний двигателя на стенде вычис лить удельную тягу PyA—PIGs, а затем при замеренных во время этих испытаний значениях давлений газов рк и р9 вычислить термо динамическим расчетом теоретическую удельную тягу РуДт.
Все измерения при испытаниях ЖРД являются достаточно сложными, так как они обычно производятся в весьма короткое время и дистанционно (по требованию правил техники безопасно сти). Однако величины абсолютной тяги двигателя, секундных расходов компонентов топлива в камеру сгорания и давления в ней в настоящее время можно замерять с достаточной для практики точностью. До сих пор мало освоены замеры давления газов в выходном сечении сопла рв.
Если давление рв экспериментально не замеряется, то его мож но приближенно вычислить по формуле fB=FJFKP-
При экспериментальном определении коэффициентов ф^ и фс теоретический расчет теплового процесса двигателя целесообразно
вести по данным испытаний двигателя |
на |
стенде (рк, Gs и |
у= |
||
=GS o/Gs г) ,.в связи с чем величины рк |
и Gs |
в формуле |
|
|
|
|
(РкРкрЮ1)исп |
. |
|
||
Чрк — 0 ~ |
|
75 |
|
(6*75) |
|
Рт |
Рклг кр.т/ил |
|
|
|
|
сокращаются и поэтому cpPK=FKp//?KpT. |
|
|
|
||
Если при испытаниях ЖРД на стенде |
выдерживается задан |
||||
ный режим работы по секундному |
расходу топлива |
так, |
что |
||
Gs = Gsr, то при этом <ррк=/?к/ркт, а если рк=рк.т, то <?Pk = GstIGs.
Определив <руд и |
а также считая для изобарической камеры |
|
сгорания ср' к =1, можно |
вычислить коэффициент полноты ско- |
|
рости истечения газов из сопла двигателя, |
т. е. |
|
|
?с = —• |
(6.76) |
|
ч |
|
Разделение потерь энергии топлива на потери в камере сгора |
||
ния и сопле двигателя удобно тем, что при |
этом легче выяснить |
|
причины, снижающие РуД, и наметить пути для уменьшения потерь
энергии используемого топлива.
Характеристики двигателя по экспериментальным коэффициен
там определяют следующим образом:
280 |
Гл. 6. Рабочие процессы в камерах ЖРД |
|
|||
т. |
е. |
|
|
|
|
|
F =----------- |
А |
-------------- |
См2. |
(6. 80) |
|
>, |
1 |
/в Ра \ |
|
|
|
|
Кп/>к1 |
—~ ----- |
|
|
\Дп Рк /
7.Определяют удельную тягу двигателя в пустоте и в атмо
сфере:
^Уд.п = ~~ = |
КгтЯг“ |
(6.81) |
|
J |
Gs |
кг топлива^сек |
|
Рк
Приведенные здесь формулы абсолютной и удельной тяг
РН=ЛЛ-В^ и Р =С-О-а-
Рк Рк
можно .использовать для расчета высотных характеристик двига теля, считая А, В, С и D постоянными величинами. При этом нужно задаваться рядом значений высоты полета и соответственно им по таблице брать ра-
8.Определяют секундный расход топлива в камеру сгорания
Gs |
Р„ |
Рн |
Рк^кр |
Ерк кг!сек. |
|
уд.п |
Рулм |
? |
|||
|
|
Эти формулы можно также использовать для расчетов расход ных характеристик двигателя, считая Е и FKP постоянными величи нами. При этом нужно задаться рядом значений рк или G., (от максимума до минимума) и вычислить соответственно Gs или рк.
Вследствие затруднений, связанных с поддержанием постоян ства расхода топлива при определении расходной характеристики
двигателя при испытании его на стенде, часто для расходной ха
рактеристики в качестве переменной величины принимают не рас ход, а пропорциональную ему величину давления в камере сгора ния рк.
Не следует забывать, что при значительном уменьшении рас хода топлива в камеру сгорания в сопле двигателя может насту пить настолько большое перерасширение газа, что произойдет от рыв его от поверхности оболочки сопла, сопровождаемый появле нием прямого скачка уплотнения газа. При этом скорость газа на выходе из сопла будет дозвуковой, и обычная формула для рас чета расходной характеристики, выведенная для сверхзвукового истечения, окажется непригодной для пользования.