2.11.1.2. Расходный комплекс рд

Основной частью РД, создающей реактивную тягу является камера РД, состоящая из камеры сгорания и сверхзвукового РС. Для того чтобы оценить эффективность рабочего процесса в этих составных частях РД, вводится понятие расходного комплекса β и тягового комплекса К_R.

С целью уяснения физического смысла расходного комплекса β удобно представить тягу в виде, представленном на рис. 2.29.

Рис. 2.29. К объяснению физического смысла расходного комплекса

Предположим, что режим работы РС расчетный и тяга РД равняется ее динамической составляющей R_д, представляющей равнодействующую всех сил, действующих на внутренние поверхности РД при его работе, которая, в свою очередь, может быть представлена как сумма:

R_д = ΔR_гл + ΔR_дз + ΔR_св, (2.28)

где: ΔR_гл = F_кр – главная составляющая тяги РД, создаваемая камерой сгорания, при допущении, что в КС и сужающейся части РС отсутствуют потери полного давления . Представляет собой силу, действующую на участок передней стенки камеры сгорания с площадью F_кр;

ΔR_дз = – составляющая тяги от действия давления ПС на дозвуковую часть РС;

ΔR_св = – составляющая тяги от действия давления ПС на сверхзвуковую часть РС.

Из анализа представленных выражений видно, что величина главной составляющей ΔR_гл пропорциональна величине полного давления в КС , а величина ΔR_св – геометрической степени расширения сверхзвуковой части РС .

Теоретический (идеальный) расходный комплекс – это отношение главной составляющей тяги к секундному массовому расходу топлива в КС:

(2.29)

Действительное (реальное) значение β можно получить экспериментально. Сравнение экспериментальных значений β с теоретическими используют для оценки совершенства процессов (величины потерь) на участке КС и сужающейся части РС.

Массовый расход топлива М_т также зависит от давления в КС и площади критического сечения РС:

, (2.30)

где

, (2.31)

где k – показатель адиабаты газа.

Подставляя в формулу 2.30 выражение 2.31, получим

(2.32)

Из выражения 2.32 следует, что расходный комплекс – это комплекс параметров, характеризующих свойства продуктов сгорания, его величина зависит только от свойств ракетного топлива (физической природы топлива) и массового соотношения компонентов ракетного топлива:

, (2.33)

где: М_ок – секундный массовый расход окислителя;

М_г – секундный массовый расход горючего.

Или коэффициента избытка окислителя

, (2.34)

где – – стехиометрическое соотношение компонентов.

П

Рис. 2.30. Зависимость β от α

ри α = 1 окислитель и горючее полностью вступят в реакцию горения, и температура продуктов сгорания будет максимальной (рис. 2.30). Однако темп роста газовой постоянной R, при увеличении количества горючего в топливе (↓α), не совпадает с темпом роста Т_к. Поэтому максимум расходного комплекса β не совпадает с максимумом Т_к, а достигается при некотором избытке горючего (α = 0,7…0,8) (см. рис. 2.30).

Таким образом, расходный комплекс однозначно характеризует ценность ракетного топлива для обеспечения эффективной работы РД.