7.5. Назначение и выбор типа рс

РС является важнейшим элементом РД и предназначено для преобразования части энтальпии газового потока, поступающего из КС, в кинетическую энергию струи газа, истекающей из двигателя (создание реактивной тяги).

Выбор типа РС (дозвуковое или сверхзвуковое) определяется в первую очередь полной степенью расширения газа в РС – .

Величина зависит от типа РД, режима его работыи параметров полета (р_н).

7.5.1. Сверхзвуковое рс

Д

Рис. 7.5. Сверхзвуковое РС

ля увеличения тягиR необходимо увеличивать c_c, увеличивая степень расширения газа в сопле , и сохранять при этом режим полного расширения. Этого возможно добиться с применением сверхзвукового РС (рис. 7.5).

При , критическая степень понижения давленияреализуется в сужающейся части сверхзвукового РС. Так как, то суммарная (располагаемая) степень понижения давления в сопле Лавалябудет определяться степенью понижения давления в его сверхзвуковой (расширяющейся) части, которая зависит от степени уширения (относительной площади) сопла:

(7.5)

Максимальная тяга R_max достигается при равенстве , соответствующем расчетному режиму работы РС (p_с = р_н).

На нерасчетных режимах работы сверхзвукового РС:

(p_с > р_н) – режим недорасширения;

(p_с < р_н) – режим перерасширения,

имеет место недополучение или потери тяги двигателя. Недополучение тяги наблюдаются на режиме недорасширения, потери – при перерасширении.

Для поддержания расчетного режима работы РС (p_с = р_н) при изменении режима работы РД или увеличении высоты полета (↓р_н) необходимо подстраивать к изменяющейся величине, то есть регулировать величину(F_кр, F_c). Например, на малых высотах полета для недопущения режима перерасширения (p_с < р_н) необходимо выбирать сопло с малой степенью уширения , а при увеличении высоты полета (↓p_н) необходимо увеличивать () пропорционально росту. В вакууме (), выгодно увеличиватьдля увеличения, так как при увеличениивсе большая часть потенциальной энергии потока превращается в кинетическую (с_с). В идеале р_с должно стать равно нулю, но это невозможно практически. Осуществить плавное регулирование сопла Лаваля РД технически очень сложно, поэтому, обычно РС РД делают нерегулируемым и оно работает на расчетном режиме только при прохождении расчетной высоты полета. В отдельных случаях для уменьшения потерь (недополучения) тяги из-за режима недорасширения применяют двухпозиционные сопла Лаваля, у которых площадь среза F_с, следовательно, на заданной высоте увеличивается скачком от(рис. 7.6,а) до (рис. 7.6,б).

а б

Рис. 7.6. Схема двухпозиционного сопла

8. Статические характеристики ракетного двигателя

Режим работы РД зависит от управляющих воздействий системы автоматики ЛА. Кроме того, на РД действуют разнообразные внешние воздействия, которые так же могут влиять на параметры (тягу, удельный импульс и т.п.) его работы.

Проектируется двигатель на конкретные внешние условия, которые принято называть номинальными. В процессе эксплуатации внешние условия изменяются в некоторых пределах, эти изменения принято называть внешними возмущающими факторами.

Статическими характеристиками РД называют зависимости тяги и удельного импульса от параметров внутренних и внешних воздействий.

Наиболее существенным внутренним параметром является массовый расход топлива М_т, а внешним – давление окружающей среды р_н, поэтому важнейшими характеристиками РД являются зависимости:

R, I_у (М_т) – дроссельные характеристики;

R, I_у (р_н) – высотные характеристики.