книги из ГПНТБ / Шишков А.А. Газодинамика пороховых ракетных двигателей. Инженерные методы расчета

А А ШИШКОВ

ГАЗОДИНАМИКА

ПОРОХОВЫХ

РАКЕТНЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ

У

#

А. А. ШИШКОВ

ГАЗОДИНАМИКА ПОРОХОВЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА

Издание второе, переработанное и дополненное

Москва «МАШИНОСТРОЕНИЕ»

19 7 4

for. p*.’o ti‘”!ная

нау^н'

? 0иб.

Ш65 УДК 629.7.036.54.001

г - -

Шишков А. А. Газодинамика пороховых ракетных двигателей. М„ «Машиностроение», 1974, 156 с.

В книге даны соотношения для расчета основных газодинамиче­ ских характеристик пороховых ракетных двигателей: распределения скоростей газа по длине и поперечным сечениям камеры; неоднород­ ностей полного и статического давления; коэффициента расхода соп­ ла; тяги двигателя; эксцентриситета реактивной силы; боковой уп­ равляющей силы газодинамических органов управления вектором тяги; давления запуска и габаритов выхлопного диффузора; измене­ ний давления при неустановившемся истечении из двигателя; пере­ пада давления в застойной зоне; площади проходного сечения соеди­ нительного газопровода.

Приведенные соотношения получены на основе методов приклад­ ной газовой динамики и охватывают всю практическую область из­ менения конструктивных параметров и режимов работы ракетных двигателей па твердом топливе. Отдельно рассмотрены методы экс­ периментальной газодинамики РДТТ.

Книга предназначена для исследователей и конструкторов, рабо­ тающих в области ракетной техники, и может быть полезна студен­ там и аспирантам соответствующих специальностей.

Табл. 38, ил. 57, список лит. 97 назв.

Рецензент докт. техн. наук, проф. М. Е. Серебряков

Научный редактор инж. М. А. Колосов

© Издательство «Машиностроение», 1974.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Интенсивное развитие ракетных двигателей на твердом топ­ ливе и новые исследования газодинамических процессов и раз­ личных типов газовых течений в РДТТ вызывают необходимость значительного дополнения и переработки материалов, изложен­ ных в первом издании настоящей книги.

Во втором издании, как и в предыдущем, инженерные мето­ ды газодинамического расчета РДТТ излагаются с единой топ­ ки зрения, исходя из принципов прикладной газовой динамики. Это позволяет систематизировать сведения об одно-, двух- и трех­ мерных, отрывных и двухфазных течениях в РДТТ, получить ряд новых результатов и существенно упростить решения многих задач. Именно этим решениям в книге уделяется основное вни­ мание.

Первая глава, имеющая вводный характер, дополнена рас­ смотрением кусочно однородной модели струйных течений в ка­ налах (§ 1.8), изложением основных результатов двухмерной теории газовых течений в канале заряда твердого топлива (*§ 1.9 вместо гл. V первого издания) и кратким обзором экспе­ риментальных методов газодинамики РДТТ (§ 1. 10). Эти методы при всей своей практической значимости недостаточно освещены: в литературе.

Доработаны все параграфы гл. II; к основным дополнениям относятся: оценка влияния сжимаемости на потери в местах со­ противления (§ 2. 1), уточнение картины течения в предсопловом объеме (■§, 2. 2), расчет течения в широко распространенных дви­ гателях с зарядами всестороннего горения при частичном пере­ крытии диафрагмой площади свободного проходного сечения

(§2.4).'

Сопловые аппараты РДТТ характеризуются не только рас­ ходом и полным импульсом газового потока в выходном сеченищ но и эксцентриситетом реактивной силы и уровнем боковых уп­ равляющих сил. Систематизация сведений об асимметричных возмущениях газового потока в соплах (§ 3. 8—8. 11) составляет существенное дополнение гл. Ill, получившей новое название «Характеристики сопел и органов управления вектором тяги».

3734

Г л а в а I

УРАВНЕНИЯ ГАЗОДИНАМИКИ РДТТ

1. 1. ВВЕДЕНИЕ

Среди реактивных двигателей ракетные двигатели, работа­ ющие на твердом топливе (РДТТ), выделяются простотой кон­ струкции: РДТТ состоит из корпуса, заряда твердого топлива и соплового блока (рис. 1). Необходимыми элементами двига­

боты;

— неустановившееся движение газа при воспламенении за­ ряда и отсечке тяги.

Поток газов в камере РДТТ образуется в результате горения заряда твердого топлива. Скорость горения топлива в направ­ лении нормали к горящей поверхности зависит от давления га­ за р, температуры заряда Т3 и скорости потока газа ѵ, омываю­ щего поверхность горения:

По результатам испытаний пороховых образцов зависимость скорости горения от перечисленных факторов (1) можно упро­ стить и аппроксимировать аналитической формулой. Широкое

5

распространение получила степенная зависимость скорости го­

р* в МПа

*При температуре топлива 15° С.

**С учетом потерь из-за конденсации А Ь03 при температуре Tt).

Зависимость скорости горения от скорости потока называют р а з д у в а н и е м или э р о з и о н н ы м г о р е н и е м , а функцию Фі(ѵ, р) — к о э ф ф и ц и е н т о м р а з д у в а н и я или э р о з и ­ о н н о г о г о р е н и я пороха.

Функцию фі(о, р) в ряде случаев можно рассматривать как функцию только скорости потока:

где ѵп — пороговая скорость потока; \ = ѵ/акр; Хп = — .

а кр

* Зависимость скорости горения (2), очевидно, не охватывает процесса нестационарного горения порохов [75].

6

Зависимость скорости горения (2) является эмпирической и при различных значениях эмпирических постоянных ѵ, ѵп, k-tV справедлива для различных гомогенных (баллиститных) и смесевых топлив. На скорость горения твердого топлива оказывают также влияние особенности технологии изготовления заряда, де­ формация топлива и поле ускорения вблизи горящей поверхно­ сти [65, 79].

В большинстве задач газодинамики РДТТ с достаточной сте­ пенью точности можно предполагать, что продукты сгорания ' твердого топлива подчиняются уравнению состояния идеального газа [62, 69]:

где s —/энтропия;

б— плотность продуктов сгорания;

а— скорость звука;

k = Cp/cv — отношение теплоемкостей продуктов сгорания твердых топлив.

Продукты сгорания металлизированных топлив в большинст­ ве случаев содержат значительное количество частиц конденси­ рованных компонентов, например, окислов алюминия. Особенно­ сти неравновесных двухфазных течений в РДТТ изучаются спе­ циальными методами [26, 33] (см. также гл. III).

1.2. УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ГАЗА

Течение газов в основных элементах РДТТ является преиму­ щественно одномерным (или сводится к нему), т. е. все газоди­ намические параметры зависят от одной единственной геометри­ ческой координаты и от времени. Предположение об одномер-

7