- •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
4.6.2. Пусковое давление цилиндрического выхлопного диффузора
Исходя из уравнения сохранения полного импульса газового потока в цилиндрическом выхлопном диффузоре достаточной длины {Lid=6...10) имеем
.
Давление в выходном сечении диффузора рвых равно давлению в среде, в которую происходит истечение из диффузора (<1);например, оно может быть равно атмосферному.
Для оценки приведенной скорости во входном сечении диффузора используется одно из двух уравнений:
;
,
где ира — приведенная скорость и давление в выходном сечении сопла испытуемого двигателя.
Рис. 4.13. Высотный стенд:
1 - опора; 2 - датчик осевой тяги; 3 - стальная камера; 4 - бронекожух; 5 -испытуемый двигатель; 6 - выхлопной диффузор; 7 - сопло парового эжектора; 8 - камера смешения эжектора; 9 - холодильник-конденсатор; 10 - холодильник-аккумулятор; 11 - газоход; 12 - отсечный клапан; 13 - откачка конденсата; 14 - конденсат; 15 - вентиляционная труба; 16 - резервуар для хранения воды; 17 - клапаны сброса давления.
Для оценки приведенной скорости в выходном сечении диффузора используется одно из двух уравнений:
;
.
В случае течения газа постоянного состава с неизменной температурой торможения и твых=т имеем вых=вх и следующую формулу для давления запуска:
.
Так, при к=1,15 Fbx/F30 имеем роп/рвых0,6FBX/F.
Расход, температура торможения и состав газов изменяются при течении по диффузору в случае впрыска воды в пристеночный слой (с целью создания внутреннего охлаждения). Тогда проводится термодинамический расчет параметров смеси в выходном сечении диффузора (рис. 4.14, табл. 4.17). Суммарный эффект заключается в том, что приведенная скорость в выходном сечении увеличивается и пусковое давление возрастает. При некотором значении функция становится равной единице, что означает запирание диффузора. Такой режим течения недопустим, и отсюда вытекает ограничение по значению расхода воды в системе внутреннего охлаждения.
Рис. 4.14. Параметры равновесной смеси продуктов сгорания твердого топлива и воды
Другие параметры, а именно: угол наклона профиля у выходного среза сопла , зазор между выходным срезом и входом в диффузорFBX-Fa, число сопел в блоке (форма сечения истекающей струи), угловое отклонение оси сопла от оси диффузора (при FBX=const), изгиб диффузора, слабо влияют на пусковое давление цилиндрического диффузора длиной L/d 6...10.
Если истечение газов из каждого сопла многосоплового блока происходит в индивидуальный диффузор, то это позволяет: а) сократить длину стенда вследствие уменьшения абсолютной длины диффузора L=(6...10)dВХ=(8...12)da и б) снизить пусковое давление, так как при этом уменьшается FBХ/Fa. Там, где это необходимо и возможно, вместо круглого диффузора может быть установлен диффузор с другой формой поперечного сечения или выполненный в виде решетки.
В случае, если при испытании двигателя сопло поворачивается только в одной плоскости, может оказаться целесообразным увеличение входного сечения диффузора лишь в этой же плоскости.
Таблица 4.17
Параметры смеси продуктов сгорания ТРТ с водой
|
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
1 |
1,5 |
2 |
|
3110 |
2780 |
2400 |
2130 |
1550 |
1080 |
860 |
|
1 |
0,86 |
0,79 |
0,72 |
0,66 |
0,62 |
0,58 |
Рис. 4.15, Изменение давления запуска цилиндрического диффузора в зависимости от его длины.
Если качание поворотного устройства во время высотного испытания не предполагается, то в таком случае можно к поворотному устройству, закрепленному в отклоненном на угол положении, присоединить выхлопной диффузор. Такой монтаж распространен при агрегатных и модельных испытаниях.
Пристыковка дозвукового диффузора в виде контура с полууглом раствора 5...10° и отношением диаметров около 2 позволяет частично восстановить давление.
Если давление в двигателе заметно больше , то можно использовать укороченные диффузоры. Они менее эффективны, чем диффузоры оптимальной длины L/d=8...10, но несколько проще (рис. 4.15).
В подавляющем большинстве случаев (при mвых=т) отсутствует гистерезис между пусковым и рабочим давлениями цилиндрического диффузора, т.е. срыв работы диффузора происходит при таком же давлении в двигателе, как и запуск. Впрочем, иногда наблюдается гистерезис характеристик цилиндрических диффузоров, укороченных или присоединенных впритык к выходному срезу сопла dBX=da.
Между выходным сечением сопла испытуемого двигателя (сечение а - а) и входом в диффузор (сечение вх — вх, в котором границы струи, истекающей из сопла, присоединяются к стенкам диффузора, площадью FBX) может по условиям испытаний иметься участок свободной струи длиной, сравнимой с ее диаметром: l=l/da. Вследствие турбулентного перемешивания на границе ядра (струи) постоянной массы возникают потери полного давления.
Рассмотрим случай расчетного истечения струи в барокамеру. Для приведенной скорости во входном сечении имеем,
где (табл. 4.18).
По известной приведенной скорости вх находим:
а) коэффициент восстановления давления торможения
;
б) площадь входа
;
Таблица 4.18
Коэффициент потерь полного давления на начальном участке свободной струи
|
0 |
1 |
2 |
4 |
6 |
10 | |
|
к=1,14 к=1,2 |
0,14 0,14 |
0,1 0,14 |
0,08 0,12 |
0,032 0,05 |
0,014 0,020 |
0,005 0,007 |
в) производную для величины, обратной к коэффициенту восстановления давления торможения на участке свободной струи
.
Общий коэффициент восстановления давления торможения рассматриваемой схемы течения участка свободной струи и прямого скачка
.
Относительная величина производной для изменения коэффициента восстановления давления с ростом отрицательна и пропорциональна коэффициенту трениястр:
.
Давление запуска в этом случае возрастает:
.