£ 2. Расходонапряженность и теплонапряженность камеры сгорания |
287 |
ходящееся в 1 сек. или 1 час на 1 см2 или 1 м2 наибольшей площа ди поперечного сечения камеры сгорания:
„ |
О5-Ю3 |
|
, |
, |
|
Gp |
=■—-—- г |
|
см'сек |
||
К |
р |
к |
1 |
|
|
И |
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Qpk = GsHu<fK- = ОркНа<ок ккал/см2сек. |
|||||
к Гк |
к |
|
|
|
|
5. Расходная и объемная теплонапряженности камеры сгорания,
т. е. количество топлива или соответственно тепла, приходящегося в 1 час или 1 сек. на единицу объема камеры сгорания:
Gy = -——3600 кг!м3час\
к
q |
к |
17 |
3600 = Ок |
к |
и ‘« |
ккал/м3час. |
|
v |
1 |
||||
|
|
ук |
|
|
|
|
Для сравнительной оценки размеров камер сгорания двигате лей, работающих при различных давлениях газов рк, иногда поль зуются «приведенными» значениями поперечной и объемной теплонапряженностей, вычисленными по формулам
QУ7 Фи
Qf пР=—- ккал[м2 час ата и Qk пр = —- ккал/м3 час ата.
к |
Рк |
|
к |
Рк |
|
В современных двигателях (табл. 7.1) |
|
||||
Gfk |
20 50 г/см2сек; |
Qpk |
(0,7 н- 5,0) 109 ккал^м2час-, |
||
|
Qkk ~ (0,5 н-5,0) 109 |
ккал1м3час и Ql/KnP= |
|
||
|
= (1,3-н 2,0) 108 |
ккал{м3 час ата. |
Таблица 7. / |
||
|
|
|
|
|
|
|
Значения расходной и объемной теплонапряженностей |
||||
|
камер сгорания существующих двигателей |
|
|||
|
|
|
|
Теплонапряженность камеры |
|
|
|
Давление |
сгорания |
||
|
Тип двигателя |
в |
камере |
поперечная |
объемная |
|
сгорания |
||||
|
|
|
Рк |
Qfk Ю-8 |
Qkk Ю-8 |
|
|
|
ата |
ккал/час |
ккал)час |
|
|
|
|
м2 |
м3 |
Керосино-азотнокислотный |
|
20—40 |
7-15 |
5—20 |
|
Спирто-кислородный |
|
15—25 |
10-17 |
20—32 |
|
Керосино-кисдородный |
|
25-60 |
30—50 |
25-50 |
|
Прямоточный ВРД дозвуковой |
|
1,3 |
0,2-0,5 |
0,3—0,7 |
|
Турбокомпрессорный ВРД |
|
4,0 |
0,8-1,2 |
0,8—1,3 |
|
~288 |
Гл. 7. |
Проектирование |
и |
расчет камер ЖРД |
||||
|
Поскольку секундный |
расход |
|
топлива |
|
в камеру сгорания |
||
|
G. =-------кг |
сек—--------Ю3 г |
' |
сек, |
||||
|
s |
р |
' |
|
|
р |
|
|
то |
предыдущей формуле весовой |
расходонапряженности камеры |
||||||
сгорания можно придать вид |
|
|
|
|
||||
|
|
Qf = |
|
]q3 |
г/см2сек, |
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
тде рк — абсолютное давление газов в камере сгорания в кг!см2.
Эта формула показывает, что расходонапряженность камеры сгорания ЖРД (в г/см^сек) изменяется почти прямо пропорцио
нально изменению давления газов в камере сгорания рк и практи чески численно почти равна его значению, выраженному в кг!см2.
Эксперименты показывают, что при увеличении рк рабочий про цесс в камере сгорания интенсифицируется, в результате чего при
ток тепла в зону жидких компонентов топлива увеличивается за счет обратных токов газа. Поэтому, не снижая интенсивности про
цессов на начальном участке камеры сгорания (нагрев, испарение компонентов топлива и начальное их перемешивание), можно при повышении рк на одну и ту же площадь поперечного сечения каме ры Fg. подать в единицу времени большее количество жидких ком понентов топлива, т. е. увеличить значение GF .
Отношение |
расходонапряженности камеры |
сгорания |
ЖРД |
к давлению в |
ней можно приближенно считать |
постоянным |
и при |
.расчетах пользоваться зависимостями: а) для азотнокислотных двигателей
Gfk » (0,8 н-1,0)/»к г/см2 сек\
б) для кислородных двигателей
Gf* (1,1 ч-1,3)рк г. см? сек;
в) для фторных двигателей
(0,84-0,9)рЕ г!см2сек.
При расчете ЖРД иногда пользуются расходной и объемной тгеплонапряженностями камеры сгорания, выбирая их значения на основании данных статистики. Эти результирующие характеристи ки рабочего процесса в камере сгорания двигателя, несомненно, -существенны, но с точки зрения построения рациональной тех нологии рабочего процесса и расширения пределов экономичных режимов работы камеры сгорания бесполезны, так как не вскрыва ют истинной картины протекания рабочего процесса в камере сго рания, не показывают факторов, воздействующих на качество этого
процесса при работе двигателя на различных режимах. Эти харак
290 |
Гл. 7. Проектирование и расчет камер ЖРД |
2)давление и температура продуктов сгорания топлива;
3)форма, длина камеры сгорания и другие факторы.
Если объем камеры сгорания будет меньше необходимого, часть топлива не успеет в ней сгореть и унесется с газами через сопло в окружающую среду; если же этот объем окажется чрезмерно большим, то камера сгорания будет излишне больших размеров и веса, что отрицательно скажется на летных характеристиках боево го аппарата. Кроме того, в камере сгорания слишком большого объема будут значительные потери на.трение и теплоотвод от газов к оболочке камеры, а также возможна пульсация давления газов, которая способна вызвать вибрацию всего двигателя.
Полнота сгорания топлива и потребный объем камеры сгорания в большой мере зависят от качества подготовки горючей смеси к сгоранию. Чем совершеннее будет распыл компонентов топлива и равномернее распределение их по поперечному сечению камеры сгорания, тем более полным будет сгорание топлива.
При проектировании камеры сгорания двигателя очень важно
выбрать такой объем ее, при котором можно достигнуть наиболь
шей полноты сгорания топлива, а следовательно, и удельной тяги при наименьшем удельном весе камеры.
Всвязи с недостаточной изученностью рабочих процессов в ка мере сгорания двигателя в настоящее время невозможно теорети чески точно определить оптимальный объем и необходимые размеры
проектируемой камеры сгорания. Эти параметры приходится уста
навливать только приближенно, пользуясь пока весьма ограничен ными данными статистики.
Внастоящее время потребный объем камеры сгорания двигате ля можно определить приближенно одним из следующих методов:
1)по приведенной длине камеры сгорания — отношению объема
камеры сгорания Ккк критическому сечению сопла F^;.
I |
=^- |
’ |
|
|
пР |
f |
Кр |
|
|
т. е. |
г |
|
|
|
|
|
м\ |
(7.1) |
|
|
|
|
||
2)по времени пребывания топлива в камере сгорания Тпр, т. е.
|
|
Л+1 |
И, = 0Лг,р-Сг^тпр = 5Л|/ gnRjl-1-Ж^ (7.2) |
||
Рк |
г |
п г |
3) по литровой тяге Рл (тяге, приходящейся на |
1 л объема ка |
меры сгорания), т. е. |
|
Ук = РРлл; |
(7.3) |
4)по теплонапряженности объема камеры сгорания QVk, т. е
У = GSHU^K 3б00 Лз |
(7 4) |
<4