Жидкостные ракетные двигатели (стр. 2 из 36)

Величину I_ПД стараются уменьшить, т.к. это обеспечивает точность доставки полезного груза к цели.

2) Удельный расход топлива, кг/Н • с .

Для химических ракетных двигателей величина удельного расхода топлива, существенно выше аналогичного параметра для воздушно-реактивных двигателей (ВРД). Поэтому время работы ВРД существенно больше, чем ХРД.

3) Удельная мощность реактивной струи, Вт/Н.

4) Удельная масса ДУ, кг/Н, кг/Т.

где: М - масса ДУ без учёта топлива.

Величины удельной массы двигателей различных типов приведены

ниже:

1т=10⁴Н.

Дополнительные параметры, характеризующие работу ракетного двигателя

1) Тип рабочего тела - выбирается в зависимости от области применения.

2) Время работы двигателя.

ЖРД - 1000с РДТТ - 200 - 300с Если двигатель обладает системой многократного включения, то задаётся количество включений и интервал времени между ними.

3) Отклонение величины тяги от её номинального значения

ном-

4) Значения давлений в камере Р_к и на срезе сопла Р_а.

5) Величина суммарного импульса

6) Величина импульса последействия

2. Формула Циолковского и её практическое применение

2.1. Идеальная скорость и массовые характеристики ракеты

Идеальная скорость - скорость, которую приобрел бы летательный аппарат, двигаясь прямолинейно, если бы весь запас энергии, находящийся на его борту, был бы израсходован на ускорение.

где:

,, - действительная скорость и её потери;

dV_rp, dУ_Аяр, dV_ynp- потери скорости гравитационные, аэродинамические и на управление, соответственно.

Первая космическая скорость V_K, = 7900^м/c

_VК1+dVпк1=V_К2 = 10200м/с

Идеальная скорость характеризует запас топлива на борту ракеты, необходимый для проведения определенного маневра.

Массовая характеристика ракеты

Массовые модели одно и двухступенчатых ракет приведены на рис. 8.

Рис.8

Условные обозначения: о. к, п, п.ф., коне, т, - массы стартовая, конечная, полезная, полезная фиктивная, конструкции и топлива, соответственно.

Масса ракеты, находящаяся над ступенью, также называется полезной фиктивной нагрузкой.

Одноступенчатая ракета называется субракетой.

Количество субракет определяется требуемой дальностью доставки полезного груза. Так при использовании ЖРДУ для обеспечения дальности полёта до 1000 км используется 1 ступень, при дальности 1000 - 3000 км - 2 ступени, а при дальности более 3000 км - 3 ступени.

2.2. Относительные массовые характеристики субракет

1. Относительная масса полезного груза

11

2. Относительнаямасса конструкции

3.Относительная масса

топлива

4.Число Циолковского - Zи модифицированное число Циолковско
го -z:

2.3. Формула Циолковского

Предназначена для определения идеальной скорости ракеты. При выводе формулы Циолковского примем следующие допущения:

ракета летит прямолинейно;

гравитационные силы не рассматриваются;

давление окружающей среды отсутствует.

Рассмотрим расчётную схему исследуемого процесса, рис.9.

Согласно первого закона Ньютона:

Рис.9

Согласно формуле тяги:

Знак «-» в вышеприведенной формуле указывает на снижение массы двигательной установки М за счет уменьшения массы топлива.

Если конструкция космического аппарата состоит из N субракет и при этом значения числа Циолковского и эквивалентной скорости для них одинаковы, то изменение идеальной скорости можно рассчитать по формуле:

3. Рабочий процесс в химических ракетных двигателях

3.1. Аэрогазодинамический нагрев в полёте

При движении газа с гиперзвуковыми скоростями М>5 на процесс теплообмена существенное влияние оказывают явления диссоциации, рекомбинации и ионизации.

Диссоциация - процесс разложения молекулярных соединений и атомов на их составляющие. Процесс сопровождается значительным поглощением тепла.

Рекомбинация - процесс обратный диссоциации; происходит с выделением тепла.

Существенная интенсификация данного процесса наблюдается при наличии катализатора, в качестве которого можно рассматривать поверхность летательного аппарата (ЛА).

Ионизация - процесс отрыва свободных электронов от атомов.

При М<20 ионизируется менее 1% воздуха. Поэтому при указанных режимах полета влияние ионизации на теплообмен можно не учитывать.

В случае исследование теплообмена между поверхностью ЛА и газовым потоком при М<20 могут быть использованы зависимости, полученные в курсе «Термодинамика газовых потоков», с учетом влияния рассмотренных процессов на теплофизические свойства окружающей среды.

При движении ЛА с космическими или околокосмическими скоростями в сильно разреженных слоях атмосферы протяжённость свободного пробега молекулы соизмерима, а в некоторых случаях превышает протяжённость летательного аппарата.

Такая зона полета называется областью свободномолекулярного потока. При этом у поверхности ЛА отсутствует пограничный слой и математические зависимости полученные в курсе «Термодинамика газовых потоков», становятся не применимы.

При полёте в области свободно молекулярного потока определяющим является критерий Кнудсена:

где: М и Re- критерии Маха и Рейнольдса, соответственно; к - показатель адиабаты.

В области свободномолекулярного потока величина критерия Кнудсена Кn >10.

При 0,1>Кn>0,01 у поверхности ЛА образуется тонкий пограничный слой скользящий вдоль неё, в котором наблюдается резкое изменение параметров потока.

Процесс соударения между потоком и поверхностью ЛА характеризуется коэффициентом аккомодации А. Его величина зависит от параметров потока и состояния поверхности; характеризует относительную энергию, передаваемую от молекулы к поверхности ЛА при их соударении.

При проведении технических расчетов величина А принимается равной 0,9.

Процесс теплообмена в области свободно молекулярного потока с достаточной степенью точности характеризуется уравнением:

где:

- характеризует отношение скорости полёта ЛА к возможной скорости
молекулы;

- критерий Прандтля.

3.2. Реакции химически активных газов

Процессы расширения газов в значительной степени зависят от температуры и химического состава этих газов. С этой точки зрения все газы можно разделить на две группы: реагирующие (активные) и не реагирующие (пассивные).

Активный газ — это газ, в котором при расширении происходят те или иные химические реакции; пассивный — расширяющийся без сопровождения химическими реакциями.