книги из ГПНТБ / Шевелюк, М. И. Теоретические основы проектирования жидкостных ракетных двигателей учебное пособие для высших учебных заведений

п —

п

Р= р F

НГК кр

Для вычисления тяги двигателя по этой формуле при выбранных значениях (например, при рк = 5; 10; 15; 20 ата и т. д.) нужно за­ даться предполагаемым средним значением показателя политропы п и при помощи графиков фиг. 3. 9 определить в зависимости от ft=FB/Fttp данного двигателя и выбранного значения п отношение рк//7в, а затем рв.

На фиг. 4. 16 приведены результаты таких расчетов дроссельных

характеристик двигателя А-4 при работе на уровне моря при раз­ личных значениях п. Для этого двигателя fB=3,42.

Кривые этой фигуры показывают, что п незначительно влияет на дроссельную характеристику двигателя. Например, при изменении п от 1 до 1,67 тяга двигателя А-4 при данном рк изменяется прибли­ зительно на 10%. Увеличение п при неизменном рк вызывает умень­

шение тяги двигателя.

Так как при соответствующих значениях рк невозможно точно оценить величину показателя политропы п расширения газов в соп­ ле, то и в этом случае результаты расходной характеристики дви­ гателя получаются приближенными.

Для выполненных двигателей среднее значение п достаточно точно можно определить по замеренным во время экспериментов ве­ личинам рк и рв.

подачи компонентов топлива в камеру сгорания рп можно пользо­ ваться формулой

Рп = Рк + ^Рс.п=Рк + ДА.п.р (-^~}2=РК + ЛА.п.рб-^-)2 •

' Рк.р / \ Gs р /

Двигатели последних ступеней составных снарядов должны на­ чинать и кончать свою работу в пустоте. Это обстоятельство требует знания расходных характеристик высотных и чрезмерно высотных двигателей и уметь строить их на основе данных земных стендовых испытаний.

На фиг. 4. 18 показаны расходные характеристики ЖРД с нере­ гулируемым высотным соплом по расходу Gs (сплошные линии) и

с идеально регулируемым соплом в соответствии с расчетными ус­

ловиями работы (при рв = ра).

В данном случае при отклонении Gs от расчетной величины G.,

регулирование сопла производят его укорочением или удлинением,

с нерегулируемым и с идеально регулируемым по вы­ соте соплом.

/—двигатель с нерегулируемым по высоте полета соплом, 2—двигатель с идеально регулируемым соплом.

При этом нерегулируемое сопло двигателя работает в неоптималь­ ных условиях, т. е. с перерасширением или недорасширением газов относительно давления окружающей среды ра-

На фиг. 4. 19 показаны расходные характеристики невысотного и высотного ЖРД при работе в атмо­ сфере и в пустоте (пунктирные линии относятся к высотному двигателю).

Сравнивать расчетные и экспери­ ментальные расходные характеристи­ ки ЖРД можно только при условии

приведения их к одинаковым услови­ ям (лучше к нормальным).

Для выбора наивыгоднейшего ре­ жима работы двигателя также пред­ ставляют интерес следующие пример­

ные его характеристики (фиг. 4.20): 1) зависимости удельного расхода

топлива Суд и внутреннего к. п. д.

и удельной руД тяг двигателя от коэффициента избытка окислите­ ля а.

Фиг. 4. 20. Зависимость некоторых параметров рабочего процесса1 двигателя от давления в камере сгорания и коэффициента избытка окислителя в топ­ ливе.

Совокупность различных расходных и высотных характеристик позволяет достаточно точно оценить ЖРД любого типа и конструк­ ции с точки зрения секундного расхода топлива, силы тяги, эффек­ тивности работы и тех требований, которые предъявляются к каме-

«= 20 кг[см2, Gsp= 13,54 кг'сек, рв,р = 1,00 кг[см2.

39,9 кг!сек и перепад давлений в топливной магистрали 7,7 ата. Площадь выход­ ного сечения сопла камеры 1052 см2.

§ 11. Реальные расходные характеристики ЖРД

Реальные расходные характеристики можно построить по дан­ ным стендовых огневых испытаний ЖРД, т. е. с учетом фактиче­ ских значений различных побочных параметров двигателя, влияю­ щих на его работу в любой момент времени.

При работе двигателя в реальных условиях изменяются сле­ дующие параметры, которые влияют на величины абсолютной и удельной тяг:

1)удельные веса рабочих компонентов двигателя (топлива и средств парогазогенерации) в связи с изменением их температуры;

2)напор компонентов топлива перед насосами по мере их рас­

хода;

3)соотношение компонентов топлива (их весовая концентра­

в двигателе, давление в камере сгорания и, следовательно, тяга дви­ гателя.

Ускорение боевого аппарата во время полета обусловливается в основном уменьшением веса аппарата вследствие расхода топлива

из баков и понижением с высотой сопротивления атмосферного воз­ духа.

§ 12. Высотные характеристики двигателя

Для целесообразного использования двигателя важно знать, как изменяются его характеристики при изменении внешних условий работы, т. е. высоты Н и скорости V полета.

ные испытания работающего двигателя на боевом аппарате, оснащенные аппаратурой, позволяющей с до­ статочной точностью замерить необходимые параметры. Поэтому обычно эти характеристики ЖРД строят расчетным путем. При этом точный расчет этих характеристик весьма усложняется невозмож­ ностью точно оценить изменение давления атмосферного воздуха вокруг двигателя и за его соплом при изменении высоты и скорости

полета.

Давление окружающей среды ра, в которую происходит истече­ ние газов из сопла двигателя, является основным внешним факто­ ром, влияющим на величины абсолютной и удельной тяг двига­ теля. Это давление изменяется в зависимости от изменения высоты и скорости полета.

Для построения высотной характеристики ЖРД без учета изме­ нения давления воздуха за соплом двигателя вследствие изменения скорости полета (идеальной высотной характеристики двигателя) значения ра в зависимости от высоты полета можно брать из

табл. 4. 3 Международной стандартной атмосферы, которая состав­ лена до высоты 75 км.

При высотах свыше 25 км значение можно оценивать по гра­ фикам фиг. 4. 23. Графики эти показывают, что на больших высотах

рл настолько мало, что им можно пренебречь; если на высоте 20 км

считать Ра=0, то ошибка в вычислении тяги не превысит 1 %. Поэто­

Относительное увеличение тяги ЖРД с подъемом на высоту за­ висит от высотности сопла и в современных двигателях в пределах изменения атмосферного давления от одной атмосферы до пустоты

может достигать 10—20%.

Определение рл в зависимости от скорости полета представляет большие трудности и возможно только на основании аэродинами­ ческого расчета боевого аппарата с учетом формы последнего.

указывает на необходимость выполнения такого двигателя с регулируемой высотностью хотя бы на одно или два фиксированных положения.

ристики остается постоянным.

Пример 4. Рассчитать высотные характеристики двигателя при рк =20; 15;

которые при заданных параметрах приводятся к виду:

кг топлива'сек

2. Атмосферное давление для заданных высот, взятое из табл. 4.7, приве­ дено в табл. 4. 4.

3. Результаты вычислений абсолютной и удельной тяг при заданных высотах полета сведены в табл. 4. 5 и представлены графически на фиг. 4. 26.

§13. Реальные высотные характеристики ЖРД

Впредыдущем параграфе нами рассмотрено изменение абсолют­ ной и удельной тяг двигателя в зависимости от естественного изме­ нения давления невозмущенного атмосферного воздуха по высоте

полета. В реальных же условиях работы двигателя давление окру­ жающей среды за соплом камеры всегда меньше давления невозмушенного воздуха. Это явление обусловливается разрежением, воз­ никающим за соплом двигателя при его полете с большими скоро­ стями и ускорениями, и влияет на величину тяги двигателя. Поэтому

при точном расчете высотных характеристик двигателя необхо­ димо учитывать конкретные внешние условия его работы.

Вреальных условиях работы абсолютная тяга двигателя зависит

от следующих факторов:

1)высоты, скорости и ускорения полета боевого аппарата;

2)системы наддува топливных баков;