Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Зависимость тяги ЖРД от давления в камере
Тяга двигателя. Зависимость тяги от давления в камере

Анимация

Описание

Тягой двигателя называют осевую составляющую равнодействующей всех сил давления, приложенных к внутренней и наружной поверхностям камеры сгорания двигателя, т. е.
P=∫p*cos(n,x)*ds,  (1)
где s – полная (внутренняя и наружная) поверхность камеры; n – нормаль к поверхности; x – ось камеры; pдавление (продуктов сгорания и окружающей среды).
Из этого определения следует, что в создании тяги участвуют только силы давления продуктов сгорания, действующие на внутреннюю поверхность камеры, и силы давления окружающей среды, действующие на наружную поверхность камеры. При этом давление продуктов сгорания внутри камеры переменно по её длине, а давление окружающей среды условно принято одинаковым во всех точках наружной поверхности камеры и равным барометрическому давлению невозмущённой среды рн.
Примерный характер изменения температуры Т, давления р и скорости w топлива и газов по длине камеры ЖРД изображен на рисунке 1. Высокие термо- и газодинамические параметры (давление, температура, скорость) газа, а также коррозионное и эрозионное воздействие ПС на стенку камеры создают чрезвычайно тяжелые условия ее работы. Обычно для надежной работы камеры помимо интенсивного наружного (регенеративного) охлаждения применяют специальные методы защиты: пристеночную зону с пониженной температурой газа (внутреннее охлаждение), специальные термостойкие покрытия стенок и т. д.
Измерение давления р, температуры Т и скорости движения продуктов сгорания w по длине камеры ЖРД. о – окислитель; е – горючее; нк – сечение начала; к – сечение конца; кр – критическое сечение; а – сечение среза сопла
Рис.1
Применение внутреннего охлаждения, как правило, уменьшает удельный импульс, что невыгодно, так как снижается экономичность двигательной установки. В общем же случае ЖРД состоит из КС (или нескольких камер), систем регулирования и подачи компонентов топлива, исполнительных устройств для создания управляющих моментов, соединительных магистралей и т. п. Система регулирования осуществляет автоматическое поддержание или программированное изменение параметров в камере для обеспечения заданных величин тяги, определенного соотношения компонентов, устойчивой работы КС, а также управляет переходными процессами, например запуском и остановкой двигателя. Для системы регулирования применяют различные клапаны, редукторы, запальные устройства и другие элементы, называемые органами автоматики, назначение которых − осуществлять определенные операции в заданной последовательности. Компоненты в камеру сгорания подают или с помощью вытеснительной системы подачи, или с помощью насоса. В последнем случае систему называют насосной. Обычно для привода насосов используют турбину. Поэтому агрегат, состоящий из насосов и турбин, называют турбонасосным (ТНА). Рабочее тело для привода турбины обычно получают в газогенераторе (ГГ). Моменты, управляющие ЛА, как правило, создаются либо поворотом камеры ЖРД относительно оси, либо изменением величины тяг неподвижных камер.
Таким образом, исходное химическое топливо является одновременно источником энергии и источником рабочего тела для получения тяги. Совокупность отмеченных признаков определяет класс химических РД, характерная особенность которых по сравнению с другими РД − высокие удельные расходы топлива (массовый расход топлива, приходящийся на единицу развиваемой тяги), вызванные необходимостью иметь на борту аппарата горючее и окислитель. В связи с этим время работы химических РД ограничено запасами топлива в аппарате, которое относительно невелико. Из всего многообразия химических РД ограничимся рассмотрением только жидкостного ракетного двигателя, который занимает особое место в ракетной технике и широко используется в освоении космического пространства.

 

Ключевые слова

 

Области техники и экономики

 

Применение эффекта

Для определения тяги ЖРД обычно использовуется уравнение количества движения. Такой метод определения тяги при всех своих достоинствах (не требует знания процессов, происходящих внутри камеры, и сразу позволяет получит формулу тяги в конечном виде) имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что он не вскрывает физическую природу тяги и не даёт ответа на многие важные вопросы теории реактивной силы, такие, как величина и место приложения составляющих тяги, роль камеры и сопла в создании тяги, величина сил, действующих на элементы конструкции, и т. п. Поэтому при изучении тяговых характеристик двигателя стоит опираться на определение, математической формулировкой которого является соотношение (1).
Силы давления, действующие на внутреннюю поверхность камеры sв, противоположны силам, действующим на её наружную поверхность sн. Поэтому тягу Р можно представить в виде разности двух сил:
Р=∫рв*cos(n,^x)*dsв–∫рн*cos(n,^x)*dsн,
одна из которых R=∫pв*cos(n,^x)*dsв, представляет собой осевую составляющую равнодействующей сил давления продуктов сгорания, приложенных к внутренней поверхности камеры, и называется реактивной силой, так как сила R – реакция истекающего из камеры газа.

Реализации эффекта

Конструктивная схема такого пульсирующего воздушно реактивного двигателя приведена на рис.1, где 1 - входной диффузор, 6 - обратный клапан, 2 - камера сгорания, 4 - устройство подачи горючего в камеру сгорания, 5 - агрегат воспламенения, 3 - сопло с резонансной трубой 7.
Этот двигатель обеспечивает тягу в момент истечения. При этом давление в камере может достигать высоких значений, тяга слабо зависит от скорости полета и развивается и при ее нулевом значении. Но тяга создается только в период истечения, составляющий около 10 % от цикла работы. Остальное время двигатель играет роль дополнительного аэродинамического сопротивления, тормозящего движение объекта. Поэтому экономичность такого двигателя невысока.
Схема пульсирующего воздушно-реактивного двигателя: : 1 - диффузор, 2 - камера сгорания, 3 - сопло-резонансная труба, 4 - коллектор горючего, 5 - устройство воспламенения, 6 - резонаторная труба
Рис.1

 

Литература

1. Баррер М. Ракетные двигатели - М.: Оборонгиз. 1962

2. Физическая энциклопедия / гл.ред. Прохоров А.М. - М.: Большая российская энциклопедия. 1994.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина