113.Назначение и содержание правил по обращению.

Цель: исключить несчастные случаи.

Ссылка на правила и условия эксплуатации.

Содержат правила безопасного обращения с зарядом и двигателем.

Инструкции по технике безопасности, использованию, хранению, уничтожению.

114.Назначение и содержание технических условий

ТУ может разрабатываться на одно изделие или группу изделии.

Состав:1) техническое требования. 2)основные параметры и его характеристики.3)комплектность. 4)маркировка. 5)упаковка. 6)консервация :- порядок комплектования. –требование к таре. – порядок размещения. –способ укладки .7)методы контроля : - методы отбора проб. – оборудование и материалы. – подготовка к измерениям. – подготовка к испытаниям. – обработка результотов. 8)транспортировка и хранение: - способы крепления. – способы погрузки. – требование к скаладам. – условное хранение. – сроки хранения. 9) гарантии поставщика.10) приложения ТУ

115.Динамика системы поверхность горения - камера

1. При достаточно быстрых переходных режимах в РДТТ имеет место за­паздываниепроцессов, определяемое инер­ционностью объема камеры сгорания, горя­щего слоя топлива и релаксацией давления в камере, поэтому при изучении динамическиххарактеристик необходимо учитывать обратные связи между давлением и пара­метрамипрогретого слоя топлива.

Скорость горения топлива определяется скоростью реакции на поверхности горения согласно закону Аррениуса: ,где — некоторый коэффициент с размерностью скорости горе­ния; — энергия активации твердой фазы. Из этой зависимости видно, что скорость горения зависит от температуры поверхности горения топливаT_ω. При изменении дав­ления в камере сгорания меняется тепловой поток, поступающий от фронта пламени к поверхности горения, что приводит в своюочередь к изменению T_ω.Вследствие существенной инерционности теплопроводяшего горящего слоя топлива придостаточно быстром изменении давления температураT_ωне успевает реагировать наэти отклонения. Это приводит к тому, чтоскорость горения (а значит, и массовый приход продуктов сгорания в камеру), опре­деляемые величинойT_ω, будут отличаться от равновесного значе­ниясоответствующего новой величине давления. Знак этого не­равновесного прихода газообразных продуктов сгорания противо­положен знаку изменения давления: при возрастании давленияT_ω будет меньше нового равновесного значения, приход продуктов сгорания уменьшится, что в конечном счете повлияет на изменениедавления.

Такимобразом, динамические характеристики камеры РДТТв значительной степени зависят от динамическихсвойств горяще­го слоя твердого топлива. Поэтому рассмотрим в более общей по­становкехарактеристики камеры, в частности, передаточную функцию горящего слоя топлива.

2. Передаточная функция камеры сгорания, связывающая от­клонения скорости горения с отклонением давления, может быть представлена(при)

Отклонения скорости горения и отклонения давления образуют замкнутую систему с обратной связью без внешнего возмущения, как это показано на рис. 4.3. Связь флуктуации давления с флуктуациями скорости горения определяется передаточной функцией процесса горения.

Для определения W_u(S) воспользуемся уравнениями баланса энергии на поверхности горения, связывающими тепловые потоки в твердом топливе и в продуктах сгорания и тепло, выделяемое или поглощаемое в результате ре­акций в тонком слое на самой поверхности горения (рис. 4.4):

(1) Здесь — теплота фазового перехода на поверхности раздела фаз (положительная в случае эндотермическихреакций);температурный градиент в газе на поверхности раздела фаз;и — скорость реакции (пиролиза) на поверхности, подчиняющаяся з-ну Аррениуса. Индекс относится к параметрам на поверхности горения (при).

Последний член этого равенства представляет собой тепловыделение на поверхности горения. Отметим, что для большинства смесевых топлив на основе перхлората аммония (ПА) тепловыделениеприреакции разложения окислителя значительно выше поглощения тепла при газификации (т. е. реакция экзотермическая). Первый член уравнения (1) представляет тепловой поток от продуктовсгорания.Методика его вычисления как раз и определяет существо той или иной модели горения. Определим градиент температуры(дТ/дх)_w⁺ в прилегающем к поверхности горения слое, основываясь на следующих соображениях. Зона реакций в твердой фазе принимается достаточно узкой и близкой к поверх­ности, реакции происходят на поверхности, а зона реакций учитывается только при определении граничных условий для поверхности горения. Кроме того, будем для простоты приближенно считать коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к твердому топливупропорциональным величине скорости горения (2)Используя это соотношение, нетрудно найти с учетом степенного закона горения выражение для величины теплового потока от про­дуктов сгорания:(3)Значение коэффициента пропорциональности К₁ можно определить при помощи (1) из условий стационарного процесса(4) Передаточная функция замкнутой системыгорения может быть записана следующим образом:(5) Исследуя это выражение обычными известными методами, можно решить задачу о выделении областей устойчивой работы РДТТ. Очевидно также, что заменяяsна, нетрудно получить выраже­ния для амплитудно-фазовых частотных характеристик.

Функция чувствительности топлива.

Одной из важнейших проблем РДТТ является обеспечение устойчивого горения топлива в камере сгорания. Стабильность величины p_kзависит от баланса между возбуждением и демпфированием колебаний. Основные источники колебаний связаны с полемтеченияпродуктов сгорания в камере - с действием осредненного потока и с динамическими свойствами горящего топлива - стакназываемой чувствительностью в зоне горения. В силу того, что суммарные потери энергии колебаний определяются демпфирующим эффектом сопла, потерями сопротивления конденсированных частиц и действием конструкции (вибрации корпуса двигателя и заряда топлива), основное внимание уделяют динамическим свойствам горящего слоя твердого топлива, ко­торыйявляется интенсивным источником акустической энергии. Большинство проводившихся линейных анализов неустойчивого горения связано в той или иной степени с так называемойфункцией чувствительности топлива,под которой понимают отношение отклонений расхода топлива с поверхности горения и давления в камере

вобычном понимании или в преобразовании Лапласа. Это факти­чески сводит функцию чувствительности к передаточной функции:илик АФЧХ (точнее к амплитудной характеристике). Несмотря на разный подход к рассмотрению теплоотдачи отгазак твердому топливу, большинство теорий сводится к одному же уравнению функции чувствительности в следующей форме:

Здесь

Отличие разных работ заключается в основном в значении входящей сюда величины В.

Частотные характеристики.

1. Если известны уравнения всех звеньев исследуемой системы, то при изучении динамических характеристик удобно пользоваться передаточными функциями. Но на практике не всегда можно мате­матически описать отдельные элементы в силу сложности проис­ходящих в них процессов. В таких случаях удобно использовать при исследованиях так называемые частотные характерис­тики, представляющие собой отношение изображений выходной и входной величин в смысле Фурье:

(1)Замечательная особенность частотных характеристик заключа­ется в том, что их можно найти экспериментально для тех звеньев, уравнения которых неизвестны. Кроме того, частотные характерис­тики позволяют при минимуме вычислений получать достаточно полные сведения о динамических свойствах отдельных элементов и систем. Рассмотрим некоторый линейный элемент, на который подается гармоническое входное воздействие, меняющееся по синусоидальному закону (2) где — амплитуда подаваемого воздействия;— угловая частота возмущения. Тогда в силу линейности элемента выходной сигнал будет также иметь гармонический характер, но с измененной амплитудой ифазой колебаний: (3)где — сдвиг по фазе выходной величины. Если изменим частоту сна некоторую,то выходная координата также изменится:(4) т. е. амплитуда и фаза зависят отчастоты — что является законом для всяких вынужденных колебаний в природе.

2. Задаваясь рядом значений частоты , при постоянной ам­плитуде на входе можно получитьзначения соответствующих величин амплитуды на выходе и фазы, по которым легко построить графики.

График зависимости усиления выходной амплитуды от частоты колебаний входного сигнала называютамплитудной частотной характеристикой,а график—фазовойчастотной характеристикой.На практике графики иобъединяют в один, построенный в полярных координатах, который и представляет амплитудно-фазовую частотную характеристику(АФЧХ) .Если проекции вектора АФЧХ на оси абсцисс и ординат обозначить соответственно через U и V, то построенные соответствующим образом кривые зависимостейиназываютдействительной и мнимой характеристиками. ^:3. Если только для части элементов известны экспериментально полученные АФЧХ, для построения частотной характеристики всей исследуемой системы необходимо найти по уравнениям движения частотные характеристики остальных звеньев. При этом математи­ческие операции существенно упрощаются, если гармоническиеколебания представить в комплексной форме:. Тогдаимеем также . Используя эти соотношения припомощи (2.25),можно получить по известным уравнениям элемен­тов— собственному оператору и оператору воздействия—следующие выражения для частотных характеристик:

(5)

Легко увидеть, что АФЧХ представляет собой передаточную функцию, в которой принято.

4. Обычно неудобно при построении частотных характеристик откладывать частоту в линейном масштабе, так как все точки, соответствующие низким частотам, будут слишком тесно расположены вблизи начала шкалы. Поэтому на практике строят зависимости значений АФЧХ от логарифма частоты, и построенные таким образом характеристики называют логарифмическими.Логарифмические характеристики значительно проще аппроксимировать ломаными линиями — асимптотами, что упрощает вычислительную работу при допустимой точности расчетов.

116.ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ.ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ. МЕТОДЫ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ.

Математическая модель акустических колебаний КС

Допущения: Т,Р, газодинамические параметры среды постоянны; приход равен расходу; Vпостоянен; все изменения в горении происходят в тонком слое (отсутствует влияние зоны горения на газ); рассматриваются акустические колебания; нет потерь.

Уравнение сохранения массы в элементе объёма:

Уравнение сохранения массы частицы:

Ур. сохранения количества движения (в единице объёма):

Уравнение энергии:

Уравнение сохранения количества движения системы:

Ур-ние сохранения массы системы:

ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

1. Если известны уравнения всех звеньев исследуемой системы, то при изучении динамических характеристик удобно пользоваться передаточными функциями. Но на практике не всегда можно мате­матически описать отдельные элементы в силу сложности проис­ходящих в них процессов. В таких случаях удобно использовать при исследованиях так называемые частотные характерис­тики, представляющие собой отношение изображений выходной и входной величин в смысле Фурье:

(2.25)

Замечательная особенность частотных характеристик заключа­ется в том, что их можно найти экспериментально для тех звеньев, уравнения которых неизвестны. Кроме того, частотные характерис­тики позволяют при минимуме вычислений получать достаточно полные сведения о динамических свойствах отдельных элементов и систем.

Рассмотрим некоторый линейный элемент, на который подается гармоническое входное воздействие, меняющееся по синусоидальному закону

, где— амплитуда подаваемого воздействия;— угловая частота возмущения.

Тогда в силу линейности элемента выходной сигнал будет так­же иметь гармонический характер, но с измененной амплитудой и фазой колебаний: (2.27)

где — сдвиг по фазе выходной величины.

Если изменим частоту с на некоторую,то выходная координата также изменится:

(2.28), т. е. амплитуда и фаза зависят от частоты— что является законом для всяких вынужденных колебаний в природе.

2. Задаваясь рядом значений частоты , при постоянной амплитуде на входе можно получить значения соответствующих величин амплитуды на выходе и фазы, по которым легко построить графики.

График зависимости усиления выходной амплитуды от частоты колебаний входного сигнала называют амплитудной частотной характеристикой, а график— фазовой частотной характеристикой. На практике графикииобъединяют в один, построенный в полярных координатах, который и представляет амплитудно-фазовую частотную характеристику (АФЧХ) (рис. 2.9). Если проекции вектора АФЧХ на оси абсцисс и ординат обозначить соответственно через U и V, то построенные соответствующим образом кривые зависимостейиназывают действительной и мнимой характеристиками. :

3. Если только для части элементов известны экспериментально полученные АФЧХ, для построения частотной характеристики всей исследуемой системы необходимо найти по уравнениям движения частотные характеристики остальных звеньев. При этом математи­ческие операции существенно упрощаются, если гармонические колебания представить в комплексной форме:. Тогда имеем также. Используя эти соотношения при помощи (2.25), можно получить по известным уравнениям элементов— собственному операторуи оператору воздействия—следующие выражения для частотных характеристик:

;(2.29);

Легко увидеть, что АФЧХ представляет собой передаточную функцию, в которой принято.

4. Обычно неудобно при построении частотных характеристик откладывать частоту в линейном масштабе, так как все точки, соответствующие низким частотам, будут слишком тесно расположены вблизи начала шкалы. Поэтому на практике строят зависимости значений АФЧХ от логарифма частоты, и построенные таким образом характеристики называют логарифмическими. Логарифмические характеристики значительно проще аппроксимировать ломаными линиями — асимптотами, что упрощает вычислительную работу при допустимой точности расчетов.

Влияющие факторы:1.поверхностные реакции (при низких частотах влияние поверхностных реакций пренебрежимо мало, но с увеличением частоты их роль существенно возрастает); 2.температура топлива; 3.особенности топлива; 4.Реакции у пов-ти горения; 5.Волны энтропии; 6.Тепловое излучение

Методы экспериментального опред. частотных хар-тик процесса превращения ТТ в лаб. условиях.

Частотные характеристики камеры РДТТ могут быть получены экспериментально, если поставить на выходе из «очковой» камеры специальный диск, являющийся источником колебаний (рис. 4.20, а). Так как между параметрами камеры и изменением пло­щади критического сечения имеется связь, определяемая уравне­нием

, то изменяя в опытенапример, по сину­соидальному законуполучаем изменение давления в формегде— сдвиг по фазе между колебаниями диска и давления в камере. Из­вестными способами можно в этом случае найти выражение дляи:

Отсюда видно, что изменяя, Ар,и вычисляя постоянную камеры Тк, можно определитьи. Характеристики, полученные таким образом Баррером и Надо, представлены на рис. 4.21.

Рис.4.21.

Известны и другие методы экспериментального определения динамических характеристик РДТТ, в частности, метод «вращающегося клапана». В этом методе динамические характеристики определяются при помощи модели ракетного двигателя с обычным и дополнительным вспомогательным соплом, которое периодически открывается и закрывается с помощью специального вращающегося клапана, что приводит к генерации малых колебаний в камере сгорания (см. рис. 4.20, б). Соотношение амплитуды и фазы этих колебаний и изменение площади сечения вспомогательного сопла при помощи вращающегося клапана зависит от динамических характеристик горящего твердого топлива и камеры сгорания. Определенные в опытах значения фазового угла и амплитуды давления позволяют вычислять функцию чувствительности.

Методы экспериментального определения частотных характеристик процесса горения твердого топлива и частотных характеристик двигателя.

Для определения частоты поверхности горения используют разные способы:

1.Т камера - наиболее распространенный способ. Топливные заряды расположены на противоположных днищах, а сопло по середине. При возникновении акустических колебаний с А=ΔР меняентся расходная характеристика сопла. Т.О частота процесса горения – функция длины Т камеры.

Подбирая Lмы можем найти длину резонанса процесса горения.

Т.О все топлива проходят все испытания на Т камере

2.L камераиспользуется в модельных двигателях с очковым соплом в зоне сопла устанавливают: -диск; -вихревой клапан.

Диск-создает высокое давление в камере сгорания => волна возмущения в сторону поверхности горения

Определение резонансной частоты

3.Акустический метод исследования процесса горения

Используется близкая к Т-камере установка и поверхность горения облучается акустической волной.

находят усиление колебаний двигателя.

117. НЕУСТОЙЧИВЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ РДТТ. ВИДЫ НЕУСТОЙЧИВЫХ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В КАМЕРАХ РДТТ.ТРИ КЛАССА АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН.СХЕМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ ЗОНОЙ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА И АКУСТИЧЕСКИМИ ВОЛНАМИ В КАМЕРЕ.ОСНОВНОЕ ВОЛНОВОЕ УРАВНЕНИЕ КАМЕРЫ.

Неустойчивый процесс- процесс с колеб. параметров, хар-ки кот. выходят за установ. пределы. Неустойчивость снижает надежность двигателей, ухудшает их вбх, повышает стоимость ЛА.

Неустойчивые процессы в КС про­являются в виде низко- и высокочастотных колебаний Р в продольном, радиальном и тангенциальном направлениях с частотой от неск. Гц до кГц.

Неустойчивые режимы реализуются при наличии возмущений, образующих волны давления. Равновесное течение процессов нарушается, т.к. под действием волн давления происходят ло­кальные изменения скоростей тепловыделения и газообразования. В условиях колебаний Р в КС ско­рость горения ТТ увеличивается. = >рост Р и тяги и уменьше­нию времени сгорания заряда. Сила тяги, кроме того, получает ко­лебательную составляющую, которая передается корпусу ракеты. При значит. повышении Р дв. может разрушиться. Если дв. устойчив, то колебания или имеют допустимую амплитуду, или просто затухают Выделяют низкочастотные и высокочастотные колеб. в КС.

Низкочастотная неустойчивостьопределяется автоколебаниями в камере сгорания с частотой, меньшей чем мин. собственная акустическая частота. Диапазон не более 100 Гц. Приведенная длина камерыэтот тип неустойчивости назы­в.-неустойчив.- встречается в малых РДТТ

Методы борьбы-увелич.Р в КС,увелич. теплового потока в зону горения(исп. теплоемкостных тел-тепловые ножи,исп. электродов)

Высокочастотная неустойчивостьопределяется автоколебаниями в камере сгорания с частотой, близкой к одной из собственных акустических частот камеры сгорания.

Понимаят условные связи м/у зоной поверхности горения и акустическими волновыми процессами, кот реализуются в газовом столбе КС. 3 вида высокочастотной неустойчивости.

1.продольная акустическая неустойчивость(ПАН)-связана с изменением акустич. давления(скорости акуст. волны) по длине КС.f=na/2L

Для крупногабаритных РД f=100-500 Гц

2.Радиальная акустич. неустойчивость(РАН)-автоколебания газа с зоной горения кот. совпадают с акустич. волнами геометрически совпадающими с тягой КС

3.Тангенциальная неустойчивость

Методы борьбы с 2 и 3 –применение металлизированных порошков, установка мех-х разделителей полости(щелей –нечет. кол-во)

Скорость горения растет с увеличением давления, поэтому вблизи поверхности горения про­исходит местное повышение скорости горения ,которое способствует новому росту давления; в результате этого амплитуда колебаний возрастает, что и приводит к неустойчивости

Волновое уравнение камеры.

волновое уравнение записано для идеальной цилиндрической полости, наполненной однородной газовой смесью с малой скоростью движения и малой амплитудой колебаний газа. Это уравнение не учитывает переменности объема полости из-за выгорания заряда, переменности состава ПС по объему, возможности колебаний стенок камеры и заряда, неравномерности процессов в зоне горения твердых ракетных топлив и т. д

— сила взаимодействия между двумя фазами в единице объема,— количество тепла, которым обмениваются между собой газ и частицы,- количество движения, которым обмениваются между собой газ, образующийся со скоростьюи газ, находящийся в камере.