2.2.4. Коэффициент тяги

Задается соотношением

.

Коэффициент тяги показывает увеличение тяги двигателя вследствие наличия сопла. Иногда К_Т называют безразмерной тягой. Теоретическое значение К_Т рассчитывается по полученному из формулы тяги выражению

. (2.9)

Условно коэффициент тяги можно представить в виде

, где - коэффициент прироста тяги за счет дозвуковой части сопла; - коэффициент прироста тяги за счет сверхзвуковой части сопла. При γ=1.15 и = 1 (сопло без сверхзвуковой части) К_Т имеет значение К_Т = 1.235. При наличии сверхзвуковой части сопла со степенью расширения = 6.5 (стандартные условия: р_к =4МПа, р_а =0.1МПа) К_Т имеет значение К_Т = 1.709, что означает увеличение тяги на 70.9%, из которых на сверхзвуковую часть сопла приходится 47.4%. В пределе, когда →∞, получается K_TMAX = 2,9 для =1,1.

Для анализа удобнее использовать коэффициент тяги в пустоте

.

Расчетное выражение для К_ТП получается из (2.9) при p_н =0

(2.10)

Очевидно, что К_ТП не зависит ни от работы камеры сгорания, ни от внешних условий (р_н) и является характеристикой, определяющей только работу сопла камеры.

Коэффициенты К_Т и К_ТП связаны между собой зависимостью

В заключение следует отметить, что для определения и , можно использовать следующие выражения:

.

Также:

2.2.5. Геометрическая степень расширения сопла

Эта величина не только определяет размеры сопла, но и характеризует основные параметры работы сопла: (или скорость ). Связь между основными параметрами определяется известными из газовой динамики соотношениями:

Таким образом, РД имеет 5 основных показателей, нужных для создания ракеты:

тяга , импульс тяги , удельный импульс тяги , расходный комплекс , коэффициент тяги .

2.2.6. Удельная масса ракетного двигателя

Также существует такой важный для любой подсистемы ЛА показатель, как масса конструкции РД. Удельной массой двигателя называют отношение его массы в рабочем состоянии к развиваемой наибольшей тяге на основном режиме работы. Это определение справедливо только для ЖРД, так как массу РДТТ трудно отделить от массы ракеты.

Рабочим считают состояние ЖРД, при котором магистрали и агрегаты двигателя заполнены компонентами топлива, и масса двигателя составляет М_Д. По определению ,кг/Н. У лучших ЖРД с тягой Р > 1000 кН значение удельной массы может составлять 0,8 кг/кН - на 1 кг массы РД развивается усилие более 1000 Н! Массовое совершенство РДДТ характеризуют коэффициентом качества , показывающим отношение массы конструкции двигателя к массе топлива. Для лучших РДТТ значение коэффициента массового совершенства не превышает 0.07, а коэффициент объемного заполнения корпуса двигателя .

2. Генерация рабочего тела

ЛЕКЦИЯ 3

3.1. Оценка эффективности ракетного двигателя

Очевидно, что эффективность РД можно оценивать только с позиций ЛА, т.е. критерии качества РД должны вытекать из целей ЛА как объекта высшего уровня иерархии. Из курса ОУЛА известно, что критерием эффективности УБР является конечная скорость ступени или Л А в момент окончания активного участка: чем больше значение , тем больше будет дальность полета при фиксированной полезной нагрузке. Идеальное значение конечной скорости в конце активного участка полета (действует только сила тяги ДУ, нет атмосферы и поля тяготения Земли) определяет формула К.Э.Циолковского:

, (3.1) где - массовое число;

- конечная масса в момент окончания АУТ;

- соответственно массы топлива, конструкции ракеты и полезной нагрузки;

- эффективная скорость истечения рабочего тела.

Отсюда ясно, что необходимо увеличивать значение удельного импульса

( ), увеличивать мaccу топлива на борту и снижать массу конструкции двигательной установки. Создавать двигатели сложно, но сущест-вует экзогенность целей, т.е. их наперед ясность разработчикам.

Из (3.1) следует, что конечная скорость линейно зависит от удельного импульса при постоянном массовом числе . Неизбежные потери скорости на преодоление силы тяжести, сопротивление атмосферы и противодавление атмосферы (уменьшение удельного импульса) при вариации удельного импульса в связи с рассмотрением различных топлив меняются по разному в зависимости от ограничений по нагрузке на тягу, массу топлива, и собственно тягу. Влияние удельного импульса возрастает с увеличением дальности полета. Для УБР с дальностью 12 000 км и удельным импульсом в пустоте 2500 м/с увеличение на 1% приводит к росту дальности на 600 км. Для УБР средней дальности (L=2500 км) с тем же значением удельного импульса увеличение на 1% приводит к росту дальности всего на 70 км.

Степень влияния массы конструкции двигательной установки на конечную скорость ЛА зависит от того, на какой ступени он установлен. Для первой ступени масса ракеты существенно больше массы конструкции ДУ и поэтому влияние изменения массы конструкции ДУ на конечную скорость последней ступени незначительно. А масса конструкции двигателя последней ступени вносит свой вклад в значения и оказывает существенное влияние на конечную скорость ЛА.