- •Общая теория авиационных
- •1.2. Области применения реактивных двигателей
- •2. Турбореактивный двигатель (трд)
- •2.1. Принцип создания тяги трд
- •2.2. Изменение параметров рабочего тела и превращения энергии по тракту трд
- •2.3. Основные параметры трд. Тяга трд Основные параметры трд
- •Тяга трд
- •3. Циклы трд
- •3.1. Сущность второго закона термодинамики
- •3.2. Идеальный цикл трд
- •3.2.1. Условия и диаграммы идеального цикла трд
- •3.2.2. Работа идеального цикла трд
- •3.2.3. Термический кпд идеального цикла трд
- •3.2.4. Идеальный цикл со ступенчатым подводом тепла
- •3.3. Действительный (реальный) цикл трд
- •3.3.1. Процессы в действительном цикле
- •3.3.2. Работа действительного цикла трд
- •Внутренняя (индикаторная) работа
- •Эффективная работа цикла трд
- •3.3.3. Эффективный кпд трд
- •Зависимость
- •Зависимость ηe от высоты полета н
- •Зависимость ηe от числа м полета
- •3.3.4. Тяговый (полетный) кпд трд Физический смысл тягового кпд
- •Вывод: Любое воздействие, приводящее к уменьшению разницы между cc и V, приводит к росту ηтяг. Зависимость ηтяг от высоты полета н
- •Зависимость
- •3.3.5. Полный (экономический) кпд
- •3.3.6. Энергетический баланс и потери в трд
- •4. Зависимость удельных параметров трд от параметров рабочего процесса. Основы расчета врд
- •4.1.Зависимость
- •4.2. Зависимость
- •4.3. Зависимости Rуд и сR от кпд процессов сжатия и расширения
- •4.4. Понятие о свободной энергии врд
- •4.5. Основы газодинамического расчета трд
- •5. Ракетные двигатели (рд)
- •5.1. Принцип действия и классификация рд по источнику энергии
- •5.2. Создание тяги в химическом рд
- •5.2.1. Принцип создания тяги рд
- •5.2.2. Расходный комплекс рд
- •5.2.3. Тяговый комплекс рд
- •5.2.4. Мощность рд
- •5.2.5. Удельный расход топлива
- •6. Цикл ракетного двигателя жидкого топлива (жрд)
- •6.1. Диаграмма идеального цикла рд
- •6.2. Работа идеального цикла рд
- •Так как работа цикла расходуется на приращение скорости продуктов сгорания, то есть увеличение их кинетической энергии от ск ≈ 0 до сс, то
- •6.3. Коэффициенты полезного действия цикла рд
- •6.3.1. Энергетические кпд
- •6.3.2. Импульсный кпд
- •6.3.3. Полный кпд
- •7. Реактивное сопло
- •7.1. Условия получения дозвуковых и звуковых скоростей в сопле
- •7.2. Условия получения сверхзвуковых скоростей
- •7.3. Режимы работы сужающегося реактивного сопла
- •7.2. Режимы работы
- •7.4. Режимы работы сверхзвукового реактивного сопла
- •7.5. Назначение и выбор типа рс
- •7.5.1. Сверхзвуковое рс
- •8. Статические характеристики ракетного двигателя
- •8.1. Дроссельные характеристики жрд
- •8.1.1. Особенности глубокого
- •8.2. Высотные характеристики рд
5.2. Создание тяги в химическом рд
5.2.1. Принцип создания тяги рд
Х
Рис.
5.1. Преобразование энергии
в РД
Химическое топливо в исходном состоянии обладает химической потенциальной энергией Нu. При сжигании топлива в КС образуются газообразные продукты сгорания (ПС). Так как удельный объем (=V/m – объем 1 кг. газа) газообразных продуктов больше, чем жидких или твердых (исходное агрегатное состояние ракетного топлива) то при сгорании увеличивается давление ПС рк в КС ограниченного объема и возрастает их температура Тк.
Таким образом, в КС химическая энергия топлива превращается в потенциальную энергию газообразных ПС. При последующем расширении газа в сверхзвуковом РС потенциальная энергия ПС частично превращается в кинетическую энергию струи газа. При этом давление и температура уменьшаются, а скорость движения газа растет (см. рис. 5.1).
При расчетном режиме работы реактивного сопла (рс = рн) тяга, создаваемая реактивным соплом РД равняется ее динамической составляющей (см. п. 2.3), то есть изменению секундного количества движения рабочего тела по тракту двигателя и может быть определена по формуле:
RРС = Rд = Мтсс – Мт ск = Мт (сс – ск), (5.1)
где: Мт = МПС – секундный массовый расход топлива;
ск – скорость продуктов сгорания (ПС) на выходе из КС.
Так как ск сравнительно мала, то условно считают, что ск ≈ 0, тогда формулу 5.1 с небольшой погрешностью можно записать
RРС = Мтсс (5.2)
Удельный импульс тяги характеризует эффективность РД как тепловой машины:
, (5.3)
где Мт = Мт.осн + Мт.доп – полный расход топлива в основной КС и КС газогенератора системы подачи КРТ.
Iу – тяга, создаваемая РД при сгорании одного килограмма топлива, равняется скорости истечения ПС из РС сс. Удельный импульс тяги является важнейшей характеристикой РД как части ракеты. Так, если увеличить I всего на 1% при одном и том же времени работы РД дальность полета увеличится на 250 – 400 км.
Скорость истечения газа из РС может быть определена по формуле:
(5.4)
Из выражения (5.4) видно, что для увеличения сс, а, следовательно, для увеличения I необходимо:
- выбирать топливо с низкой молекулярной массой (↑R, ↑k);
- выбирать топлива с высокой температурой горения (↑Тк);
- обеспечивать высокую степень расширения ПС в РС . При увеличении относительной площади– геометрической степени расширения сверхзвуковой части РС, надо учитывать необходимость сохранения расчетного режима работы РС (рс = рн).
При работе РД в условиях вакуума (пустоты) космического пространства (рн = 0) РС работает на режиме недорасширения, то есть рс – рн = рс – 0 = рс, формула расчета тяги РС дополнится статической составляющей
Rп = Мтсс + Fc(рс – рн) = Мтсс + рсFc, (5.5)
соответственно удельный импульс определится как
Iу.п = Rп /Мт = сс + рсFc/Мт (5.6)
При работе РД в атмосфере (рн > 0) при нерасчетном режиме работы РС (рс ≠ рн) тяга РС будет определяться по формуле
RРС = Мтсс + Fc(рс – рн) = Мтсс + рсFc – рнFc = Rп – рнFc (5.7)
соответственно удельный импульс определится как
Iу = RРС /Мт = Iу.п – рнFc/Мт (5.8)