5. Расчет коэффициента избытка окислителя

Цель расчета – определение значений коэффициента избытка окислителя для ядра потока и пристеночного слоя камеры сгорания, а также его среднего значения по поперечному сечению камеры сгорания.

Исходные данные

Топливо Марка

Давление в КС

Степень расширения газов

Тяга двигателя

5.1. Расчет кс без учета пристеночного слоя компонентов топлива

Принимаемое допущение

Пристеночный слой в камере сгорания является защитным для стенок камеры от воздействия высоких температур. Температуру газового потока у стенки КС снижают, подавая в пристеночный слой один из компонентов в избытке по сравнению с известным соотношением компонентов топлива в ядре. В результате параметры пристеночного слоя отличаются от параметров ядра форсуночной головки, т. е. по всему сечению КС параметры не одинаковы. В расчетах первого уровня приближения этим отличием можно пренебречь. Порядок расчета без учета пристеночного слоя компонентов топлива представлен ниже.

Теоретический удельный импульс тяги

Теоретический удельный импульс тяги двигателя в пустоте для различных значений находят по справочнику [3] и представляют найденные значения в форме таблицы 9:

Таблица 9

	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,2
	2488	2635	2738	2808	2850	2854	2693

По найденным значениям строят график изменения теоретического удельного импульса тяги в зависимости от значений коэффициента избытка окислителя вида . Пример такого графика представлен на рисунке 12.

По графику (рис. 12) находят , т. е. такое значение коэффициента избытка окислителя, которое обеспечивает максимальный удельный импульс тяги проектируемого двигателя, так, в рассматриваемом примере .

5.2. Расчет с учетом пристеночного слоя компонентов топлива

Определение параметров газа для ядра форсуночной головки

Расчет коэффициента избытка окислителя с учетом пристеночного слоя компонентов топлива в КС производится в следующем порядке: вначале находят значения параметров продуктов сгорания для ядра потока, потом – для пристеночного слоя, затем – осредненные значения по сечению камеры сгорания.

В начале расчета строится таблица 10, строки которой заполняют в следующем порядке.

Используя полученный выше график зависимости , выбирают несколько значений в окрестности оптимальной точки этого графика (слева и справа от оптимального значения ). Этими значениями заполняют первую строку таблицы 10. Выбранные таким образом соответствуют ядру форсуночной головки, поэтому им в таблице 10 присваивается дополнительный нижний индекс «я».

Для значений (табл. 10) находят в справочнике [3] соответственные значения параметров продуктов сгорания: плотность газов для ядра потока и удельный импульс тяги . Результаты заносят в таблицу 10.

Определение параметров газа для пристеночного слоя форсуночной головки

Потребное значение проектируемого двигателя находят по справочнику [3] подбором, с учетом обеспечения температуры газового потока у стенки КС не более , а также c учетом заданного давления в камере сгорания .

Определив по справочнику [3] потребное , выписывают соответственные ему значения параметров газа в пристеночном слое проектируемого двигателя: температуру газов, плотность газов, удельный импульс тяги ( ).

Всем этим параметрам присваивается нижний индекс «пс».

Определение относительного расхода газа в пристеночном слое

Относительный расход газа в пристеночном слое выбирают с учетом данных статистики в зависимости от тяги проектируемого двигателя.

По данным статистики, для камер сгорания с тягой . Необходимым значением задаются в указанном диапазоне с учетом значения тяги отдельной камеры сгорания двигательной установки.

Расчет параметров газа, осредненных по поперечному сечению КС

Относительный расход топлива через ядро газового потока определяют по формуле .

Среднее значение плотности топлива по поперечному сечению камеры сгорания находят по формуле

Результаты расчета параметров газового потока по приведенным выше формулам для каждого значения заносят в таблицу 10.

Среднее по поперечному сечению камеры сгорания теоретическое значение удельного импульса тяги в пустоте определяют по формуле

.

Результаты расчета по приведенной выше формуле для каждого также заносят в таблицу 10.

Для каждого (табл. 10) по формуле находят произведение параметров: плотности и удельного импульса тяги. Заполняют соответствующую строку таблицы 10:

Таблица 10

	0,8	0,9	1,0	1,2
	1304	132	1334	1356
	2808	2850	2854	2693
	1295	1309	1322	1341
	2770	2807	2810	2668

В таблице 10 выбирают максимальное значение произведения . По значению определяют в таблице соответственное ему Выписы­вают это значение из таблицы (в представленном примере таблицы 10 искомое значение равно единице, т. е. ).

Определение стехиометрического соотношения компонентов топлива

По справочнику [3] находят стехиометрическое соотношение компонентов топлива . Стехиометрическое соотношение позволяет рассчитать весовое соотношение компонентов топлива для ядра потока и пристеночного слоя камеры сгорания.

Весовое соотношение компонентов топлива

Весовое соотношение компонентов топлива в пристеночном слое и в ядре потока вычисляют по формулам:

; .

Относительные расходы компонентов топлива

Относительный расход окислителя в пристеночном слое вычисляют по формуле

.

Относительный расход горючего в пристеночном слое равен

.

Относительный расход окислителя через ядро форсуночной головки равен

.

Относительный расход горючего через ядро форсуночной головки равен

.

Относительный расход окислителя через поперечное сечение КС равен

.

Относительный расход горючего через поперечное сечение КС равен

.

Проверка результата

Проверить правильность проведенного расчета следует по формуле

.

Определение средних значений искомых коэффициентов

Среднее весовое соотношение компонентов топлива по поперечному сечению КС .

Среднее значение коэффициента избытка окислителя по поперечному сечению КС

.

Процент расхождения значений коэффициентов по первому (приближенному) и второму (уточненному) расчетам определяют по формуле

.