- •Рабочие процессы
- •В ракетных двигателях
- •Твердого топлива
- •Справочник
- •Глава 1. Ракетные двигатели твердого топлива
- •1.2 Твердые ракетные топлива
- •1.3 Соновные элементы конструкции
- •1.3.1 Корпус и сопло
- •1.3.2 Заряд твердого топлива
- •1.3.3 Устройства создания управляющих усилий
- •1.3.4. Воспламенительное устройство
- •1.3.5. Узел отсечки тяги
- •1.4. Моделирование рабочих процессов в рдтт
- •Глава 2. Горение заряда твердого топлива
- •2.1. Скорость горения твердого топлива
- •2.2. Термодинамический расчет процессов горения и истечения
- •2.3. Изменение давления в рдтт во времени
- •2.3.1. Периоды работы рдтт
- •2.3.2. Неустойчивые режимы работы рдтт
- •2.3.3. Влияние вращения на внутреннюю баллистику рдтт
- •2.3.4. Анализ отказов двигателя при стендовых испытаниях
- •2.3.5. Горение старого заряда в камере прямоточного двигателя
- •2.4. Регулирование рдтт
- •3.1. Одномерные течения
- •3.1.2. Газодинамические функции
- •3.2. Местные сопротивления в рдтт
- •3.2.1. Течение газа в предсопловом объеме
- •3.3. Течение газа в нале заряда твердого топлива
- •3.3.1. Течение газа в цилиндрическом канале
- •3.3.2. Течение газа в каналах нецилиндрических форм
- •3.4. Разброс параметров рдтт
- •3.5. Выход рдтт на режим установившейся работы
- •3.5.1 Воспламенение заряда твердого топлива
- •3.5.2. Заполнение застойной зоны
- •3.5.3. Натекание в отсек между разделяющимися ступенями
- •3.6. Переходные процессы при отсечке тяги рдтт
- •3.6.1. Отсечка тяги путем вскрытия дополнительных сопел
- •3.6.2. Отделение части двигателя
- •3.6.3. Гашение заряда твердого топлива
- •3.6.4. Волновое движение газа
- •3.7. Двухмерное течение газа в канале заряда
- •4.1. Профилирование сопел рдтт
- •4.1.1. Дозвуковая часть сопла
- •4.1.2. Коэффициент расхода сопел
- •4.1.3. Профилирование сверхзвуковой части сопла для однофазных продуктов сгорания твердого топлива
- •4.1.4. Течение газа с частицами
- •4.2. Потери удельного импульса в сопле
- •4.2.1. Составляющие потерь удельного импульса
- •4.2.2. Отсутствие кристаллизации в сопле
- •4.2.3. Одномерное течение
- •4.2.4. Уточнение потерь на физическую неравновесность многофазного потока
- •4.2.5. Потери удельного импульса многофазного потока из-за утопленности сопла
- •4.3. Эксцентриситет реактивной силы
- •4.4. Характеристики устройств создания управляющих усилий
- •4.4.1. Обтекание выдвижного щитка и дефлектора
- •4.4.2. Вдув газа и впрыск жидкости в сопло
- •4.4.3. Истечение недорасширенной струи навстречу сверхзвуковому потоку
- •4.5. Отрыв потока от стенок сопла
- •4.6. Высотные испытания рдтт
- •4.6.1. Структура стендов для высотных испытаний
- •4.6.2. Пусковое давление цилиндрического выхлопного диффузора
- •4.6.3. Изменение давления в двигателе, барокамере и выхлопном диффузоре
- •4.6.4 Обработка результатов высотных испытаний
- •Глава 5. Взаимодействие продуктов сгорания с материалами тракта рдтт
- •5.1. Компоненты воздействия
- •5.2. Модели конвективного теплообмена
- •5.2.1. Интегральные соотношения теории пограничного слоя
- •5.2.2. Интегральная теория пограничного слоя
- •5.2.3. Моделирование пристенной турбулентности
- •5.2.4. Конвективный теплообмен на утопленной части сопла
- •5.2.5. Конвективный теплообмен за минимальным сечением сопла с цилиндрической горловиной
- •5.2.6. Конвективный теплообмен в возмущенной области при несимметричном вдуве газав закритическую часть сопла
- •5.2.7. Нестационарный теплообмен в рдтт
- •5.2.8. Теплообмен на регуляторах расхода газа
- •5.2.9. Теплообмен в многофазных течениях
- •5.2.10. Свободная конвекция в рдт
- •5.3. Радиационный теплообмен в рдтт
- •5.4. Воздействие газовых потоков на композиционные материалы
- •5.5. Воздействие газовых потоков
- •5.6. Оздействие многофазных потоков на композиционные материалы
- •5.7. Тепловое состояние элементов рдтт
- •5.8. Теплофизические и некоторые другие характеристики материалов
- •5.9. Результаты испытаний тепловой защиты рдтт
- •Глава 1. Ракетные двигатели твердого топлива……….……………………….8
- •Глава 2. Горение заряда твердого топлива ………………………………..44
- •Глава 3. Газодинамические процессы в рдтт………………………………...66
- •Глава 4. Газодинамические характеристики соплового блока…………….113
- •Глава 5. Взаимодействие продуктов сгорания с материалами
2.3. Изменение давления в рдтт во времени
2.3.1. Периоды работы рдтт
При рассмотрении рабочих процессов в РДТТ выделяют три характерных, периода (рис. 2.3):
выход двигателя на рабочий режим t; этот режим включает время задержки воспламенения и время воспламенения заряда и заполнения свободного объема двигателя (время отсчитывается от момента подачи импульса тока на пиропатрон);
основной период работы двигателя, называемый временем горения заряда t3; на этот участок приходится основная часть (более 90 %) всего времени работы;
время спада давления t, наступающее после сгорания основной части заряда или срабатывания узла отсечки тяги РДТТ.
Полное время работы двигателя определяется суммой этих периодов:
.
При расчете процесса в период выхода двигателя на режим рассматриваются уравнения нестационарного (волнового на начальной стадии) течения продуктов сгорания топлива воспламенителя и основного заряда с учетом догорания в кислороде воздуха, прогрева и вспышки топлива, начального прогрева элементов конструкции. Для расчета основного периода используются уравнения течения газа и горения заряда твердого топлива в квазистационарном приближении. Предварительно проводится геометрический расчет выгорания заряда.
В основе геометрического расчета изменения площади горящей поверхности S(e) и площади проходного сечения канала F(e)=в зависимости от толщины сгоревшего свода е лежит допущение о равномерности скорости горения топлива и = de/dt во всем объеме заряда. Это означает, что горение заряда происходит параллельными (точнее эквидистантными) слоями (рис. 2.4).
На основном участке при малых скоростях течения газа и малых dp/dt с достаточной точностью выполняется уравнение баланса массы в виде upTS =pF/(ср. с п. 3.1.1), на этом участке давление определяется по системе уравнений (0ее0):
;
.
В случае SS
Имеем ;
;
;
.
Ограничение на начальную тяговооруженность ступени п0 =имеет вид , гдеP, I и - начальные тяга, удельный импульс и масса ступени соответственно.
Внутрибаллистические и тяговые характеристики РДТТ заметно изменяются вследствие отклонений параметров заряда и двигателя от номинальных. Относительный разброс давления или расхода
,
где — относительные отклонения скорости горения от его среднего (формулярного) значения;- относительный разброс давления от среднего значения вследствие случайных отклонений параметров заряда и двигателя (см. подразд. 3.4); Т3 - случайные изменения температуры заряда в узком диапазоне режима термостатирования.
Рис. 2.3. Изменение давления в РДТТ во времени.
Если термостатирования нет, то в Т3 учитывается весь интервал температур в заданных условиях применения
, и
.
Рис. 2.4. Перемещение поверхности горения заряда:
1 - бронирующее покрытие; 2 - твердое топливо; 3 - положение поверхности горения при выгорании свода толщиной е.
С учетом разбросов максимальное давление в двигателе равно
.
В следующем приближении учитываются неоднородности скорости горения вследствие изменений давления и скорости газового потока вдоль канала, а также вследствие местных отклонений физико-механических свойств топлива, его температуры и деформации (см. подразд. 1.2). Участок спада давления при выгорании заряда начинается тогда, когда фронт горения подходит к какой-нибудь точке поверхности, соответствующей полному выгоранию свода. На этом участке догорают остатки топливного заряда и истекают продукты горения топлива и разложения покрытий. Для оценки зависимости S(e) на участке спада давления необходим учет неоднородностей скорости горения по всему объему заряда и случайных отклонений его геометрических характеристик. При известной зависимости S(е) давление рассчитывается по предыдущей системе уравнений, скорректированной с целью учета изменения количества газа в объеме РДТТ:
;
de/dt = .
Площадь под функцией p(t) не зависит от скорости горения твердого топлива (F = const):
.
В некоторых случаях необходимо точное значение полного импульса тяги РДТТ; тогда p(t) на участке спада определяется с учетом прихода продуктов разложения теплозащитных покрытий и теплопотерь в двигателе; при этом может потребоваться рассмотрение движения газа.