- •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
4.2.2. Отсутствие кристаллизации в сопле
Малые размеры частицы, время ее пребывания в раструбе сопла и вероятность образования зародыша кристаллизации в ней обусловливают то, что частица окиси металла и при температуре, меньшей температуры плавления, находится в жидком, переохлажденном состоянии.
В этом случае имеют место' уменьшение скорости истечения, потери удельного импульса.
Уменьшение скорости истечения при постоянном давлении
,
где и- теплота и температура плавления.
Уменьшение скорости истечения при отсутствии кристаллизации для двух топлив на основе перхлората аммония приведено в табл. 4.7.
Таблица 4.7
Уменьшение скорости истечения' при отсутствии кристаллизации
% Al в топливе |
|
z |
v/c |
% |
7 15 |
1740 2050 |
0,13 0,28 |
2390 2500 |
0,663 0,56 |
Уменьшение пустотного удельного импульса из-за отсутствия кристаллизации на примере топлива с 15 % А1 в зависимости от степени расширения сопла (da/d)2 составляет:
(da/d)2 4 9 16 25 36
0,3 1,0 1,3 1,5 1,6
4.2.3. Одномерное течение
Приближенное решение задачи об одномерном течении газа с частицами неизменного одинакового состояния и размера может быть получено методом возмущений. В нулевом приближении газ и конденсированная фаза имеют одинаковый состав и температуру, отсутствуют фазовые превращения. Такое "невозмущенное" течение двухфазной смеси эквивалентно движению газа с эффективными газовой постоянной и показателем изоэнтропы (табл. 4.8 da/d=3, с=с):
; ;
;
;
;
;
,
где z — массовая доля конденсированных частиц в смеси; с — теплоемкость частиц.
Приближенные зависимости имеют вид
;
.
В результате относительного движения частиц различных размеров они могут сталкиваться между собой. Одновременно капля вращается, обдувается и деформируется газовым потоком. Исходом соударения капель в этих условиях могут быть коагуляция, укрупнение или дробление, уменьшение. Размеры частиц при течении по соплу изменяются.
Однако для оценки возможного уровня потерь удельного импульса и относительного уменьшения расходного комплекса реальный полидисперсный конденсат может быть заменен монодисперсным, если в качестве эквивалентного диаметра частиц принять среднемассовый диаметр в горловине сопла.
Потери удельного импульса на скоростное и температурное отставание частиц пропорциональны массовой доле конденсированной фазы z и могут быть представлены в виде [2]
, ,
где =f();z — доля конденсированной фазы; коэффициенты kj близки к единице, зависят от давления в двигателе р, радиуса скругления горловины , полуугла раствора сопла =0,75+ 0,25 и степени расширения сопла соответственно, а также еще от ;kr зависит еще от давления р (несколько уменьшается с ростом давления).
Если в качестве опорного варианта выбрать коническое сопло с r=2,0; 2=15°; r а=2,5 и параметры в двигателе р=4 МПа и z=0,1, то , где=d причем ds измеряется в мкм, a d -в мм. Изменение функции в зависимости отсоставляет:
0 0,25 0,5 1 1,5 2 2,5
% 0 1,0 1,5 2,2 2,5 2,6 2,7
Таблица 4.8
Параметры равновесного двухфазного потока
При различном содержании конденсированной фазы
Параметр |
z | ||||
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 | |
|
1,25 1 2,29 1 |
1,22 1,045 2,33 0,965 |
1,19 1,099 2,37 0,926 |
1,16 1,163 2,42 0,883 |
1,14 1,249 2,45 0,83 |
Коэффициенты для условий, отличающихся от опорного варианта, равны:
кр = 1,12 - 0,03р; 2МПа10МПа;
кr = 1,1 - 0,057; 14;
к= 0,7 + 0,020; 10°25°;
ка = 1,1 - 0,04rа; 27.
Для определения относительного уменьшения расходного комплекса может быть использована оценочная зависимость
.