Жидкостные ракетные двигатели (стр. 3 )

3.3. Потери в химических ракетных двигателях

Рассмотрим идеальный ABCD и реальный abcd циклы РД в рабочей P-V диаграмме, рис. 11.

Рис.11

АВ - изохорический процесс сжатия компонентов топлива в магистралях и турбонасосном агрегате (ТНА);

ВС - изобарный процесс с подводом тепла Qi; горение топлива в камере его рания; 

CD - адиабатический процесс расширения газа в канале сопла; DA - изобарный процесс с отводом тепла Q2, происходящий за пределами дви­гателя;

Площади ABCD и abсd - работы реального и идеального циклов РД, соответ­ственно;

Площадь аАВв - потери на сжатие; Площадь ЬСс - потери в камере сгорания; Площадь CDdc - потери в канале сопла;

16

Потери в камере обусловлены:

а)        диссоциацией;

б)        трением газа о стенки камеры;

в)        неполнотой сгорания топлива;

г)        разгоном газового потока по тракту камеры.

Снижение потерь, обусловленных процессом диссоциации, может осущест­вляться путем:

а)        использования топлив, не склонных к процессу диссоциации;

б)        увеличения давления в камере сгорания до 300МПа.
Потери в канале сопла обусловлены:

а)        конденсацией;

б)        трением потока о стенки сопла;

в)        непараллельностью течения потока относительно оси камеры;

г)        неадиабатичностью процесса.

3.4. Скорость истечения газов из сопла ракетного двигателя

Из теории газового потока известно, что для каждого поперечного се­чения канала при установившемся режиме течения выполняется условие: сум­ма энтальпии i газового потока и его кинетической энергии Ек остается ве­личиной постоянной.

Степень расширения газав канале сопла равна:

тогда:

Термический КПД:

Коэффициент тяги:

где:

К  - безразмерный коэффициент тяги, характеризующий увеличение силы тяги за счёт расширяющейся части сопла;

B=f(k)

где:- относительная степень расширения сопла.

3.5. Оценка эффективности процессов в химических ракетных двигателях

Для оценки качества работы ракетных двигателей используются энер­гетические коэффициенты полезного действия (к. п.д.)и импульсные коэф­фициенты потерь

Энергетические к. п.д. г\ - учитывают совершенство процесса преобра­зования теплоты в работу, а импульсные коэффициенты потерь- потери энергии в элементах камеры ракетного двигателя.

1.Суммарный коэффициент полезного действия:

где Lц - работа, совершаемая ракетным двигателем за цикл (эквивалентна площади abcd на рабочей P-V диаграмме, см. рис. 11). Нраб - теплота, выделяемая двигателем за цикл.

где  - энергетический к. п.д. импульса давления;

-        энергетический к. п.д. в канале сопла;
- энергетический к. п.д. процесса расширения;

-        термический к. п.д.

2.Импульсный коэффициент потерь в камере сгорания:

Индексы «и» и «д» соответствуют идеальным и действительным зна­чениям параметра.

Принято считать, что;  , тогда

3.Импульсный коэффициент потерь в канале сопла:

где: Кр - коэффициент тяги;

Нижний предел изменения величинысоответствует ДУ с малыми тягами, а верхний - с большими тягами.

4. Импульсный коэффициент потерь удельного импульса:

4. Характеристики ракетного двигателя

4.1. Дроссельная характеристика ракетного двигателя

Зависимость тяги и удельного импульса двигателя от массового се­кундного расхода топлива при постоянной высоте полета и неизменном соот­ношении компонентов топлива называется дроссельной характеристикой ра­кетного двигателя.

В действительности при работе ракетного двигателя изменение массо­вого секундного расхода топлива т сопровождается изменением парамет­ров потока по тракту двигателя (Wa, Ра, Тк). Однако, т. к. изменение т на стабилизированном участке полета незначительно, то принимают:

Определим зависимость

- импульс  давления

Дроссельные характеристики представляют собой семейство прямых с угловым коэффициентом А, зависящим от скорости на срезе сопла, рис.12.

Зона нежелательной работы

Рис.12

При  массовом секундном расходе, согласно полученной

графической зависимости, рис. 12, тяга принимает отрицательные значения. В действительности этого не наблюдается, т. к. в этом случае существенным об­разом меняется режим истечения (отрыв потока от стенок сопла), что обу­славливает положительные значения тяги. При работе ЖРД существует неко­торое значение массового секундного расхода, меньше которого работа двигательной установки является нежелательной в течение длительного перио­да времени.

Зависимость удельного импульса Iуд от массового секундного расхода т  представлена на рис. 13

При работе двигателя целесообразно поддерживать постоянной вели­чину удельного импульса даже при изменении массового секундного расхода. Это возможно за счет обеспечения следующих мероприятий:

поддержание постоянным перепада давления на форсунках;

поддержание постоянным давления в камере, Pк=const;

обеспечение работы двигательной установки на расчетном режиме.