- •ВВЕДЕНИЕ
- •2.1. Виды порохов и требования к ним
- •2.2. Свойства порохов
- •3.1.Формулировка геометрического закона горения
- •3.2.Быстрота газообразования
- •3.4. Пороха прогрессивной формы
- •4.2. Особенности горения порохов с узкими каналами
- •5.1. Определение силы пороха и коволюма пороховых газов
- •5.3. Определение скорости горения пороха
- •6.1. Баланс энергии при выстреле
- •6.2. Основные энергетические характеристики выстрела
- •2. УСТРОЙСТВО РДТТ
- •2.1. Корпус камеры сгорания
- •2.3. Теплозащитное покрытие
- •2.4. Твердотопливные заряды ракетных двигателей
- •2.5. Бронирующие покрытия
- •3.3. Взаимосвязь параметров ракеты, двигателя и топлива
- •3.3. Влияние параметров ракеты и двигателя на режим полета
- •4.2. Упрощенная модель внутрикамерных процессов
- •4.3. Особенности горения зарядов РДТТ
- •4.6.2. Гашение заряда вводом хладоагента
- •5. ОГНЕВЫЕ СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ РДТГ
обеспечивает лучшую герметичность и меньшую массу корпуса, но вызы вают определенные неудобства при сборке РДТТ на стартовой позиции.
Преимуществами секционных зарядов являются упрощенная техно логия изготовления, контроля, транспортировки и хранения крупногаба ритных зарядов и низкая стоимость изготовления. Кроме того, секцион ные заряды имеют стандартный тип секции, поэтому, применяя различное количество таких секций, можно получить те или иные значения тяги и времени работы двигателя. Примером секционных зарядов является заряд основных РДТТ МТКК «Спейс Шаттл». Он состоит из 11 секций, стальные корпуса которых соединены в четыре сборки: переднюю, две средних и заднюю с соплом.
Появление новых конструктивных схем потребует новых форм заря дов, поэтому вышеперечисленный перечень основных конструкторских решений нельзя рассматривать как нечто окончательное и неизменное.
2.5.Бронирующие покрытия
Бронирующие покрытия (БП) наносятся на те поверхности заряда твердого топлива, горение которых исключается из процесса горения в те чение заданного времени работы двигателя. К бронирующим покрытиям (БП) предъявляются следующие требования: хорошая адгезия с топливным зарядом; химическая и физическая стабильность в течение всего срока хра нения топливного заряда; низкая теплопроводность и малая плотность; технологичность нанесения; недефицитность.
В зависимости от типа топлива выбирается тот или иной материал БПДля зарядов из баллиститного топлива применяют этилили ацетил целлюлозу, а также смолы (например эпоксидную) с наполнителем из хлопчатобумажных нитей. Смоченные в смоле нити наматываются на ци-
105
верхности камеры во время ее работы, и сил воздействия окружающей среды на наружные поверхности камеры, за исключением сил внешнего аэродинамического сопротивления.
Рассмотрим эти силы. Для нахождения силы тяги Р условно предста вим двигатель в виде только камеры сгорания (рис. 32).
Ры
Рис. 32. Распределение сил давления на поверхностях
камеры сгорания
На внешнюю поверхность действуют силы давления Рнвр внешней среды, а на внутреннюю - силы давления Рвн газа со стороны продуктов сгорания. Исходя из определения силы тяги, ее величину можно предста вить в виде суммы
Силы, действующие на стенки камеры сгорания в радиальном на правлении, уравновешены; поэтому силы Рт? и Рвн направлены вдоль оси
двигателя, направление которой на рисунке показано стрелкой
Рассмотрим силу Рнар. Равнодействующая сила распределенного
давления окружающей среды на стенки камеры равна нулю, но в камере есть отверстие - выходное сечение сопла площадью Fa, где равновесие сил
наружного давления нарушается и возникает сила |
, направленная в |
сторону, обратную оси х. Следовательно, |
|
“^нар |
Р н ^а |
Для определения равнодействующей внутренних сил воспользуемся уравнением Эйлера. Согласно зтому уравнению на объем газа, ограничен ный контрольной поверхностью (в нашем случае стенками камеры сгора ния) действует сумма сил, равная разности секундных количеств движения газа, вытекающего из этого объема и втекающего в него. Таким образом, на объем газа со стороны внутренней поверхности камеры сгорания дейст вует сила давления РDH, равная по величине и противоположная по на правлению внутреннему давлению газа на стенки. Со стороны газового потока, находящегося за выходным сечением сопла, действует сила давле ния pa/v
Количество движения газа, втекающе„го в этот объем, равно нулю, количество движения газа, вытекающего из этого объема, равно (dm/dt)С/а. Следовательно,
D , гг drrij.
- Рт + Р Л = - - ^ и л>
откуда
P = /wt/a + Fa(pa - p H). Полученное уравнение носит название уравнения тяги.
Легко видеть, что в пустоте (ри = 0) тяга максимальна. При полете РД по траектории, не параллельной поверхности земли, наружное давле ние будет переменным, максимальным у поверхности Земли и уменьшаю щимся при удалении от нее. Если сопло имеет постоянную степень расши рения F^FK=const, то при постоянном давлении в камере ро=const, давле ние в выходном сечении сопларйне будет меняться с течением времени. В этом случае тяга с удалением от поверхности земли будет возрастать.
Как правило, ракетные двигатели работают при каком-то конечном значении наружного давления рн. Для установления влияния площади вы ходного сечения сопла на силу тяги при некотором определенном значе нии наружного давления ривозьмем производную по Faот Р:
108
—
dF а
наружном давлении рн. Характер течения газа по соплу в этом случае на
зывается расчетным режимом, а сопло - расчетным.
|
При |
рл > ри |
(сопло короче расчетного, режим недорасширения) |
dP |
Л |
т.е. сила тяги с увеличением площади выходного сечения сопла |
|
— |
> 0, |
||
dF а |
|
|
|
возрастает. |
|
||
|
При ръ < рн |
dP |
|
|
(режим перерасширения) ---- <0, т.е. сила тяги при |
dF*
увеличении площади выходного сечения сопла убывает.
3.2.Удельный импульс тяги
Тяга не является достаточно удобным критерием для сравнительной
оценки характеристик РД, так как зависит от величины секундного рас
хода топлива. Однако, разделив обе части уравнения тяги на массовый се кундный расход, получим удельный импульс тяги
J |
= Р - — - U - |
г |
. |
- и |
J y |
r y ~ . |
|
- ^ Эфф- |
|
|
J т |
т |
w |
Здесь отчётливо видны две составляющие удельного импульса, одна зави сит только от внутрикамерных процессов (она равна скорости истечения продуктов горения на срезе сопла £/а), другая обусловлена воздействием
окружающей среды Fi(p3-p„) В единицах СИ тяга выражается в нью-
т