2.2.2. Удельные параметры ракетного двигателя

Абсолютная величина тяги РД никак не характеризует степень совершенства РД. Для ЖРД качественным показателем является удельный импульс тяги (удельный импульс) - величина импульса тяги двигателя с единицы массы топлива (единицы отбрасываемой массы). В системе СИ

.

В ТСЕ

.

Также качественным показателем является удельная тяга - величина тяги двигателя с единицы секундного расхода топлива. В системе СИ:

.

В ТСЕ

.

В одной системе единиц J_у и Р_у численно имеют одно и тоже значение. Связь между системами единиц:

.

.

Для ЖРД удельные параметры определяются на стенде путем измерения двух параметров - тяги и расхода топлива. Для РДТТ ввиду невозможности определения расхода топлива в качестве показателя совершенства двигателя используется значение единичного удельного импульса:

,

отношение импульса тяги двигателя за время работы к массе топлива в двигателе. Также для РДТТ введено понятие стандартного удельного импульса J_y1 - значение удельного импульса при давлении в корпусе условного двигателя р_к = 4МПа, а на срезе сопла р_а = 0,1МПа, т.е. при работе двигателя на Земле в режиме равенства давлений на срезе сопла и окружающей среды (расчетный режим работы на Земле). Это позволяет в начальной стадии разработки ракеты осуществлять выбор рецептуры топлива для РДТТ. В литературе можно встретить вариант определения стандартного удельного импульса при значении давления в корпусе двигателя р_к = 7МПа.

В соответствии с определением тяги различают следующие значения удельного импульса (и, соответственно, удельной тяги):

1. Удельный импульс на произвольной высоте активного участка траектории

.

2. Пустотный удельный импульс

.

3. Удельный импульс на Земле

.

4. Удельный импульс на расчетном режиме

.

5. Удельный импульс в стартовых условиях

Удельный импульс является одним из важнейших параметров РД, т.к. от его величины в конечном счете зависит весовая отдача ракетной системы (отношение полезной нагрузки к стартовой). На рисунке 2.5 приведен график изменения начальной массы жидкостной ракеты для запуска спутника, масса которого составляет 5,5 т, в зависимости от удельного импульса.

2.5. Зависимость начальной массы ракеты от удельного импульса

2.2.3. Расходный комплекс камеры

Задается соотношением

.

Размерность: в СИ β [м/с], в ТСЕ β[сек].

Характеризует удельный импульс, создаваемый только камерой сгорания (корпусом двигателя) без сопла. Значение β определяют экспериментально и расчетным путем

.

Здесь R_k - газовая постоянная продуктов сгорания, т_к - температура в камере сгорания.

;

γ- показатель процесса расширения продуктов сгорания.

Величины и зависят от вида топлива и почти не зависят от других параметров работы двигателя (с погрешностью 1÷2 %). Поэтому считают, что теоретически β зависит только от вида топлива и является постоянной термодинамической (энергетической) характеристикой данного топлива. Для данного топлива величина β зависит только от качества протекания процессов в камере сгорания и не зависит от процессов, проходящих в сопле. Таким образом, для данного топлива β является характеристикой, определяющей работу только камеры сгорания.