3. 2. Выбор оптимальных параметров

ракетного двигателя

Основными параметрами ракетного двигателя являются: размерность по тяге единичного двигателя, давление в ка­мере сгорания р_к, давление на срезе сопла р_а (или степень расширения), соотношение компонентов К_к.с..

Оптимизация этих параметров производится из условий обеспечения потребной конечной скорости полета при мини­мальном стартовом весе ракеты конкретной компоновочной схемы с выбранным распределением тяг по ступеням.

Такая оптимизация параметров двигательной установки является наиболее целесообразной, поскольку она произво­дится с учетом взаимного влияния параметров двигательной установки и ракеты в целом (схемы ракеты, числа ступеней, особенностей траектории полета и компоновки двигательной установки на ракете).

Точное решение даже такой ограниченной задачи опти­мизации указанных параметров требует довольно сложных взаимосвязанных

43

расчетов ракеты и двигателя. Поэтому ни­же приводятся только рекомендации по выбору этих пара­метров, без рассмотрения методик расчета.

Наиболее эффективным способом уменьшения стартового веса ракеты является повышение удельного импульса двигателя.

При достигнутом уровне совершенства процессов в камере основным фактором, обеспечивающим повышение удельного импульса, является изыскание более эффективных топлив и увеличение степени расширения газа в сопле.

В двигателях первых ступеней ракет увеличение степе­ни расширения ε может быть достигнуто только повышени­ем р_к , так как оптимальное давление на срезе р_а практи­чески не зависит от давления в камере и числа камер дви­гательной установки. Из условий получения максимального импульса тяги при переменном внешнем давлении атмосфе­ры оптимальное значение р_а для ДУ первой ступени составляет . При этом оптимум р_а имеет достаточно пологий характер и принятие величины р_а не­сколько выше оптимальной, из-за ограничения по габари­там, практически не приводит к увеличению стартового веса.

Интенсивный рост удельной тяги имеет место при повышении давления в камере до . Дальнейшее повышение р_к приводит к незначительному росту I_уд и при р_к становится практически мало целесообразным.

В двигателях верхних ступеней увеличение степени расширения сопла может быть достигнуто как за счет по­вышения р_к при фиксированном значении р_а , так и пони­жения р_а при р_к = const. Оптимальное значение ε зависит от тяги единичного двигателя и давления в камере, так как с увеличением степени расширения наряду с ростом I_уд увеличиваются размеры и вес сопла и ракеты в целом.

На рис.15 приведена зависимость .Как видно из графика, оптимальные степени расширения сопел двигателей верхних ступеней увеличиваются с ростом дав­ления в камере. Минимальное давление р_а из условий ис­ключения конденсации продуктов сгорания не принимается меньше .

44

Рис.15. Зависимость степени расширения ε от тяги двигателя и давления в камере

Количество камер в двигательной установке назначается из условий обеспечения минимальных размеров и веса летательного аппарата при заданном уровне его надежности. Кроме того, при этом учитывается наличие доведенного ЖРД определенной тяги, стоимость, время отработки, вопросы уни­фикации двигателей и т. п.

Соотношение расходов компонентов существенно влияет на величину удельного импульса камеры сгорания и двигателя в целом. Максимальный удельный импульс камеры достигается при некотором оптимальном для данных р_к и р_а соотношение расходов К_опт , которое в большинстве случаев не равно К_стех.