13.6. Экономичность жрдмт
Так как двигатели работают в основном в импульсном режиме, необходимо оценивать эффективность использования топлива, подаваемого в двигатель за одно включение. В процессе работы бывают десятки тысяч включений двигателя, поэтому из-за многократных пусков и остановок двигателя (особенно при работе минимальными единичными включениями) может неэкономично использоваться топливо.
Особенно отрицательное влияние на экономичность оказывает импульс последействия. Импульс последействия является, в основном функцией характеристик конструкции: быстродействия клапанов и величины заклапанных объемов. Соответственно разброс импульса последействия зависит от разброса указанных выше параметров.
Одним
из важнейших параметров ЖРД, в том числе
и ЖРДМТ, является удельный импульс.
Удельный импульс определяется выражением
,
где P
– тяга ракетного двигателя,
– секундный массовый расход топлива.
Однако, это выражение, используемое для
оценки экономичности непрерывного
установившегося режима, когда можно
измерить тягу и секундный расход, трудно
использовать для режима импульсных
включений. На режиме импульсных включений
тяга и расход являются быстропеременными
параметрами, и их значения не являются
установившимися. Но импульсный режим
работы является основным для ЖРДМТ и,
следовательно, требование высокой
экономичности является чрезвычайно
важным требованием к ЖРДМТ.
Эффективность импульсного режима для ЖРДМТ также оценивается величиной удельного импульса, который определяется следующим образом.
Перепишем выражение для удельного импульса:
,
где
t
– время работы двигателя, с;
I – импульс тяги двигателя за время t, Hc;
M∑ - суммарное количество топлива, выработанное двигателем за время t, кг.
Следовательно, удельный импульс на непрерывном режиме может быть определен отношением импульса тяги двигателя к суммарному количеству топлива. Таким же образом определяется удельный импульс при импульсном режиме работы ЖРДМТ.
Удельный импульс при импульсном режиме работы ЖРДМТ:
,
где Iимп – импульс тяги, выработанный двигателем за время tимп одного включения, Hc; Mимп – масса топлива, выработанного двигателем за время tимп одного включения, кг.
Из-за непроизводительных расходов топлива при работе на переходных режимах включения и, особенно, останова, удельный импульс ЖРДМТ на импульсном режиме ниже, чем на непрерывном:
.
Требование высокой экономичности импульсных режимов работы – одно из основных требований к ЖРДМТ.
ЛЕКЦИЯ 14
14.1. Основные требования к жрдмт
Основные требования к ЖРДМТ вытекают из требований к системам управления, которые, в свою очередь, определяются условиями работы системы управления, величинами возможных возмущающих моментов, массой аппарата, его моментом инерции, назначением КЛА.
Конечно, для каждого конкретного КЛА существуют свои условия эксплуатации и, соответственно, предъявляются свои требования к ЖРДМТ. Однако, основные требования одинаковы и сводятся к следующему:
1. Высокое быстродействие, высокие динамические характеристики.
2. Высокая экономичность на непрерывном и импульсных режимах работы.
3. Длительный ресурс непрерывного режима с обеспечением заданной тяги и удельного импульса.
4. Длительный ресурс импульсных режимов с обеспечением заданных величин отдельных импульсов.
5. Минимальный ток потребления.
6. Высокая герметичность.
7. Минимальные габариты и масса.
8. Высокая надежность.
9. Простота и удобство в эксплуатации, при хранении и подготовке к пуску.
10. Низкая стоимость изготовления.
При обеспечении этих требований следует учитывать условия эксплуатации КЛА:
1. Вакуум.
2. Невесомость.
3. Широкий диапазон температурного воздействия.
4. Поток космического излучения, радиации и другие спецфакторы.
5. Воздействие агрессивных компонентов топлива на материалы конструктивных элементов в течение длительного времени.