6. Высотная характеристика ракетного двигателя.

Сила тяги ракетного двигателя при заданном режиме работы, зависит только от величины атмосферного давления на данной высоте (р_=р_H). Следовательно, наибольшая тяга ракетного двигателя будет в пустоте, когда противодавление на срезе сопла равно нулю (р_H =0):

(4)

Если тягу на любой высоте Р_H выразить через тягу на земле Р₀, то получим зависимость, называемую высотной характеристикой ракетного двигателя:

Р_H = Р₀ + (р₀ – р_H ) S_a, (5)

где через р₀ обозначено атмосферное давление на земле.

Высотная характеристика ракетного двигателя с постоянным сечением со­пла представлена на рис. 10.

В зависимости от соотношения величин давления на срезе сопла и в атмо­сфере могут устанавливаться расчетные или нерасчетные режимы работы со­пла.

Если на срезе сопла устанавливается давление, равное атмосферному (р_a = р_H), то такой режим работы сопла называется расчетным, а если давле­ние не равно атмосферному (р_aр_H) – то нерасчетным. Когда давление в газовом потоке на срезе сопла больше атмосферного (р_a > р_H), такой режим работы называется режимом недорасширения. В этом случае кинетическая энергия газового потока используется не полностью, что приводит к уменьшению скорости истечения газа из сопла и к потерям в удельной тяге двигателя.

При режимах перерасширения давление на срезе сопла становится меньше атмосферного, что приводит к уменьшению величины тяги и удельной тяги.

Рис. 10 Высотная характеристика ракетного двигателя с постоянным со­плом.

Таким образом, в случае нерасчетных режимов работы сопла тяга и удель­ная тяга ракетного двигателя уменьшаются по сравнению с соответствую­щими расчетными режимами. (Данный вывод сделан для потока без трения, а при учете трения максимальная тяга получается на режиме недорасширения).

В реальных условиях нерасчетные режимы могут возникнуть при измене­нии атмосферного давления в связи с подъемом (снижением) аппарата или при изменении секундного расхода топлива и связанного с ним давления в камере р_к и на срезе сопла р_a.

В первом случае с подъемом на высоту выходное сечение сопла  целесо­образно увеличивать. Во втором случае при изменении расхода для сохране­ния постоянства давления в камере может применяться регулирование пло­щади критического сечения сопла путем установки в сопле профилированной иглы, перемещающейся в сопле вдоль оси камеры.

7. Способы регулирования тяги

Одной из положительных особенностей ЖРД являешься возможность ре­гулирования силы тяги в условиях полета.

Практически регулирование тяги можно осуществлять двумя способами:

1) изменением секундного расхода топлива в камере сгорания;

2) выключением части работающих камер (в много камерном двигателе).

Изменение секундного расхода топлива в камере сгорания (т.е. дроссели­рование двигателя) достигается или снижением давления перед форсунками путем уменьшения числа оборотов ТНА (при насосных системах подачи) или уменьшения давления в баках (при газовытеснительных системах подачи), или перекрытием части форсуночных отверстий в камере сгорания.

Регулирование тяги ЖРД путем дросселирования является наиболее про­стым. Но этот способ связан со снижением экономичности двигателя, во-пер­вых, вследствие ухудшения распыла и смешения компонентов топлива, вы­званного уменьшением перепада давления компонентов на форсунках, а во-вторых, в связи с отклонением режима работы сопла от расчетного. Кроме того, уменьшение количества топлива, проходящего через охлаждающую ру­башку при дросселировании двигателя, может привести к перегреву и прогару стенок камеры сгорания.

По этим причинам обычно допускается изменение силы тяги путем дрос­селирования в ограниченных пределах.

Контрольные вопросы:

1. Основные конструктивные элементы двигательной установки с ЖРД.

2. Топлива. Классификация топлив. Особенности применения.

3. Формы камер сгорания. Форсунки.

4. Охлаждение стенок камеры сгорания.

5. Сопло. Скорость истечения газов.

6. Системы подачи топлива в камеру сгорания.

7. Высотная характеристика ракетного двигателя.

8. Регулирование тяги.