рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Потери удельного импульса в сопле

Потери удельного импульса в сопле - раздел Политика, Курс лекций по направлениям двигательные установки летательных аппаратов дула Коэффициент Потерь Удельного Импульса В Сопле Рд Представляется В Виде: ...

Коэффициент потерь удельного импульса в сопле РД представляется в виде:

 

где - составляющие потерь в сопле.

Представление аддитивной суммой не совсем корректно ввиду наличия корреляции между отдельными составляющими, в следствии, к примеру, взаимодействия газовой и конденсированной фаз продуктов сгорания. Кроме того, некоторые составляющие потерь удельного импульса в сопле РДТТ изменяются во времени (из-за разгара минимального сечения, из-за трения ввиду нестационарности температуры стенки). Однако, опыт создания РД маршевых ступеней ракет показал правомерность аддитивного подхода к вычислению удельного импульса двигателей с усреднением по времени работы двигателя нестационарных составляющих.

Все виды потерь удельного импульса в сопле можно разделить на две группы. В первую отнесем присущие всем соплам, независимо от состава рабочего тела, а во вторую - связанные со спецификой сопел РДТТ, наличием конденсированной фазы в продуктах сгорания.

Группа 1:

1. Потери из-за рассеяния вследствие непараллельности вектора

скорости потока в выходном сечении оси профилированного сопла.

Наиболее корректно эту составляющую потерь следует вычислять по зависимости

 

где – газодинамическая функция приведенного полного импульса потока (отношение полного импульса потока в выходном сечении сопла к полному импульсу потока в минимальном (критическом) сечении сопла), рассчитываемая по одномерной теории. - безразмерный интеграл сил давления, вычисляемый в процессе расчета двумерного поля течения в сопле . Для приближенных оценок используется формула

 

полученная по результатам численных исследований течений в соплах.

 

В конических соплах

, при

2. Потери на искривление звуковой линии в минимальном сечении вследствие скругления угловой точки технологическим радиусом r2 возникают вследствие возникновения малых возмущений в сверхзвуковой области

 

где относительный радиус скругления угловой точки (величина может достигать значения 0,5). В соплах с радиусным скруглением горловины этот вид потерь отсутствует.

3. Потери из-за разгара минимального сечения сопла РДТТ возникают вследствие уменьшения степени расширения сопла по мере уноса материалов горловины.

При адиабатическом истечении продуктов сгорания в пустоту , где - газодинамическая функция, определяющая отношение плотности потока импульса к давлению торможения (т. е. к ее значению в заторможенном газе). Тогда потери импульса в момент окончания работы двигателя определит зависимость

 

где индексом «0» обозначены значения степени расширения сопла и газодинамической функции при начальном значении диаметра сопла.

Чтобы избежать вычислений значений газодинамической функции при начальном значении диаметра минимального сечения и конечном значении , используем эмпирическое соотношение для расчета среднего за время работы двигателя значения потери удельного импульса из-за разгара диаметра минимального (критического) сечения

(6.13)

В зависимости (6.13)

4. Потери из-за искажения контура вследствие технологических погрешностей изготовления и уноса материалов тепловой защиты тракта сопла РДТТ оценены по результатам параметрических расчетов монодисперсных двумерных течений и приняты постоянными .

5. Потери из-за утопленности сопла РДТТ в канал заряда оценивают по соотношению, полученному обработкой экспериментальных данных

 

где – давление в корпусе двигателя, МПа, - отношение длины утопленной части сопла к длине канала заряда, - диаметр минимального (критического) сечения сопла, мм.

6. Потери из-за трения потока оценивают с помощью интегральной характеристики пограничного слоя на стенке - относительного значения, толщины потери импульса в выходном сечении сопла

 

Вычисление значения толщины потери импульса на срезе сопла требует применения сложных моделей теории пограничного слоя на проницаемой шероховатой стенке, поэтому используют приближенные соотношения. Например, обобщающая зависимость, учитывающая и шероховатость поверхности тракта сопла:

(6.14)

где - относительная величина эквивалентной песочной шероховатости стенок.

Вдув газообразных продуктов пиролиза матрицы и окисления углерода поверхностного слоя композиционных материалов тепловой защиты тракта сопла РДТТ в общем случае приводит к уменьшению трения на стенке.

Необходимость реализации сложных алгоритмов при расчете потерь на трение возникает при создании конструкции сопла высотной ступени с насадком из углерод-углеродных композиционных материалов. Пиролиз матрицы у таких материалов не происходит, унос массы также отсутствует ввиду невысокой температуры стенки и низкого уровня конвективного тепломассообмена. Поверхность данного участка сопла является непроницаемой. Высокая теплопроводность таких материалов при отсутствии внешней теплоизоляции приводит к низкой температуре стенки и увеличению трения вследствие роста значения плотности газа на поверхности сопла. К тому же для сопла большой степени расширения характерно значительное увеличение толщины пограничного слоя по мере приближения к срезу, и режим проявления шероховатости может не наступить, т.е. (уменьшение трения при больших числах Маха в сочетании с малыми значениями плотности газа). Поэтому оценку потерь на трение по зависимости (6.14) следует считать верхней.

7. Потери вследствие отвода теплоты в стенку сопла и окружающую среду.

Необратимый отвод теплоты приводит к уменьшению температуры рабочего тела и возникновению потери удельного импульса вследствие уменьшения скорости потока на срезе сопла. В принятой концепции поправочных множителей к значению удельного импульса адиабатического течения идеального газа потери удельного импульса на отвод теплоты в стенку сопла определит выражение:

 

где уменьшение температуры продуктов сгорания вследствие отвода теплоты можно оценить по формуле:

 

в которой - плотность теплового потока в стенку (рассчитывается по параметрам рабочего тела без потерь энергии), - площадь поверхности теплообмена, -расход продуктов сгорания при адиабатическом течении газа.

Этот вид потерь следует учитывать только в небольших двигателях, так как даже для маршевых двигателей высотных ступеней ракет эти потери обычно не превышают 0,15%. Поэтому обычно их не учитывают ввиду малости и связанности с потерями на трение, которые оценены по (6.14) как верхний предел.

8. Потери из-за химической неравновесности реакций в газовой фазе продуктов сгорания оценивают по результатам расчетов параметров потока по моделям равновесного и замороженного течений. С ростом давления торможения и диаметра минимального (критического) сечения эти потери уменьшаются вследствие увеличения времени пребывания частиц рабочего тела в камере сгорания (корпусе), температуры торможения и скоростей химических реакций из-за нарастания концентраций компонентов.

Для современных РД потери на химическую неравновесность можно оценить по зависимости:

 

размерность диаметра минимального (критического) сечения – мм.

Группа 2:

9. Потери в сопле РДТТ из-за скоростного и температурного запаздывания частиц относительно несущей газовой фазы в соответствии с данными:

(6.15)

где основная зависимость от диаметра минимального (критического) сечения сопла, диаметра частиц и доли конденсата в потоке имеет вид:

 

где диаметр частиц - в мкм, диаметр минимального (критического) сечения сопла - в мм. Зависимость от давления торможения имеет вид и означает увеличение потерь при уменьшении давления торможения вследствие уменьшения коэффициента сопротивления частиц из-за разреженности газа.

Зависимость от угла наклона контура за угловой точкой имеет вид и означает, что с ростом эффективного угла контура увеличиваются потери из-за сокращения длины участка разгона частиц за горловиной. Эффективный угол наклона контура определяют по формуле . Зависимость от степени расширения сопла имеет вид и учитывает уменьшение запаздывания частиц по скорости от газа с ростом степени расширения из-за уменьшения градиента скорости газа.

Если сопло выполнено без угловой точки, а имеет радиусное скругление горловины, то в (6.15) необходимо учесть дополнительный сомножитель , где . С ростом величины происходит удлинение горловины сопла и уменьшение градиента скорости газа, что, в свою очередь, приводит к уменьшению запаздывания частиц от газа.

10. Потери в сопле РДТТ из-за отсутствия кристаллизации частиц конденсированной фазы (отсутствие подвода теплоты к газу при достижении частицей температуры кристаллизации). Приближенная зависимость имеет вид

 

11. Потери в сопле РДТТ вследствие выпадения частиц конденсата на стенки сопла в современных соплах можно не рассматривать ввиду выбора профиля, исключающего инерционное осаждение частиц в концевой части. Однако при создании сопловых блоков двигателей стартовых ступеней имеет смысл выбирать профиль с малыми значениями угла , допускающий выпадение частиц на концевую часть сопла - уменьшение потерь удельного импульса из-за рассеяния и запаздывания частиц может компенсировать увеличение массы конструкции концевого участка вследствие эрозии материалов. В общем случае необходимо решать задачу параметрической оптимизации для достижения максимума конечной скорости ступени. При этом необходимо рассчитывать величину унесенного слоя композиционных материалов вследствие высокоскоростного многократного соударения с частицами конденсированной фазы для выбора толщин материалов тепловой защиты. Кроме того, происходит потеря удельного импульса вследствие выпадения частиц на стенку. Приближенно величину этой потери можно оценить по зависимости:

 

где - площадь концевой части, подверженной осаждению частиц, - осевая и нормальная к поверхности осаждения составляющие скорости частиц, - расход продуктов сгорания. Оценки потерь удельного импульса вследствие выпадения частиц на концевую часть сопла двигателя стартовой ступени показали, что величина их может превышать 1%.

По результатам натурных испытаний РД получают обобщенные эмпирические зависимости потерь удельного импульса по результатам обработки экспериментальных данных в зависимости от основных параметров двигателей. Характерный пример такой зависимости для РДТТ:

 

(6.16)

где – доля алюминия в топливе; – радиус скругления входа в горловину; давление торможения - МПа; диаметр минимального сечения - мм.

В США используют соотношение:

,

в котором величины и их размерности аналогичны (6.16).

Такие зависимости в ряде случаев позволяют оценить суммарные потери удельного импульса двигателя без учета потерь на химическую неравновесность при неопределенности с потерями на отсутствие кристаллизации частиц конденсированной фазы.

При проведении проектных расчетов можно использовать экспериментальные данные по коэффициентам потерь, приведенные в табл. 6.1.

 

Таблица 6.1

φ 0,95÷0,97 0,93
φк 0,97÷0,98 0,98
φс 0,98÷0,99 0,95
  ЖРД РДТТ Смесевые топлива

Действительный удельный импульс вычисляется из соотношения

 

где - идеальный (расчетный) удельный импульс.

Действительные значения площади минимального (критического) сечения и выходного сечения сопла определяются из выражений

 

где - идеальные (расчетные) значения.

Действительное значение коэффициента тяги в пустоте определяется так:

,

где – идеальное (расчетное) значение.

Действительное значение расхода компонентов определяется из соотношения:

 

где – идеальное (расчетное) значение.


 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Курс лекций по направлениям двигательные установки летательных аппаратов дула

Гоу впо мгту им н э баумана.. в е медведев а г минашин с д панин б б петрикевич..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Потери удельного импульса в сопле

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Краткий исторический экскурс
Человечество впервые увидело реактивное движение на примере каракатицы – живого существа, передвигающего отбрасыванием воды и сокращением мышц внутри организма. Порох, состоящий из смеси с

Тяга ракетного двигателя
Энтальпию продуктов сгорания в камере сгорания в кинетическую энергию струи можно преобразовать различными способами: подводом теплоты и массы по тракту постоянной геометрии, ускорением в сужающихс

Удельные параметры ракетного двигателя
Абсолютная величина тяги РД никак не характеризует степень совершенства РД. Для ЖРД качественным показателем является удельный импульс тяги (удельный импульс) - величина импульса тяги двигателя с е

Расходный комплекс камеры
Задается соотношением . Размерность: в СИ β [м/с], в ТСЕ β[сек]. Характеризует удельный импульс, создаваемый только камерой сгорания (корпусом двигателя) без со

Коэффициент тяги
Задается соотношением . Коэффициент тяги показывает увеличение тяги двигателя вследствие наличия сопла. Иногда КТ называют безразмерной тягой. Теоретическое значение

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 с

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

Топлива ракетных двигателей
Под топливом РД будем понимать вещество или совокупность веществ, способных к химическим реакциям с выделением энергии и к образованию высокотемпературных продуктов для создания тяги. Таких веществ

Жидкие ракетные топлива
По назначению жидкие ракетные топлива (ЖРТ) подразделяют на основные, пусковые и вспомогательные. Основные предназначены для создания тяги маршевых двигателей, т. е. разгона полезной нагрузки, а та

Коэффициент избытка окислителя
Рассмотрим соотношение компонентов в двухкомпонентном топливе. Горючее содержит преимущественно элементы с электроположительной валентностью (С, Н, AI, В и др.), а окислитель - с электроотрицательн

Твердые ракетные топлива
К твердым топливам, являющимися источниками энергии на борту ракеты и рабочего тела двигателей, предъявляют ряд требований, схожих с требованиями к жидким топливам. Ясно, что нужны рецептуры с наиб

ЛЕКЦИЯ 4
Продукты сгорания твердого топлива оказывают воздействие на материалы тракта и для массового совершенства тепловой защиты ДУ необходимо выбирать или создавать рецептуры с меньшим значением величины

Гибридные топлива
Гибридным называют топливо, в котором один компонент перед запуском двигателя находится в твердом виде, а другой - в жидком. Твердый компонент размещен в корпусе двигателя (аналогия с РДТТ), жидкий

Горение жидких топлив
С момента впрыска в камеру до полного преобразования в конечные продукты сгорания компоненты проходят путь сложных превращений. Рабочий процесс в камере должен обеспечить максимальную полноту сгора

Горение твердых топлив
Горение твердых топлив есть последовательность процессов в соответствии со схемой рис. 4.3. После прогрева поверхностного слоя баллиститного топлива устройством запуска ДУ происходит газификация то

Горение гибридных топлив
Горение происходит по поверхности твердого компонента, капли жидкого компонента движутся вместе с продуктами сгорания как жидкогазовая смесь, продукты испарения жидкости диффундируют к поверхности

Термодинамические расчеты состава и параметров рабочего тела
Моделирование рабочих процессов в РД начинает с расчета равновесного состава продуктов сгорания и значений термодинамических параметров ( и др.). Кроме того, необходимо знать переносные св

Термогазодинамика потока рабочего тела
Перейдем к термогазодинамике потоков – определению параметров движущегося рабочего тела. Рассмотрим наиболее простую модель движения газа: одномерное установившееся адиабатическое (изоэнтропическое

Течение газа в соплах
Сопло является трансформатором энергии в ракетном двигателе и его назначение - получение наибольшего значения скорости истечения рабочего тела, существенно превышающего значение скорости звука. Это

Профилирование сопла
В сопле камеры двигателя происходит расширение и разгон продуктов сгорания (рабочего тела), т.е. преобразование тепловой энергии, получаемой в камере сгорания, в кинетическую энергию движения газов

Потери удельного импульса в ракетных двигателях (в камере ЖРД и РДТТ)
Отличие параметров продуктов сгорания (рабочего тела) при действительном рабочем процессе в камере ЖРД, корпусе и СБ РДТТ (горение, расширение) от параметров идеального рабочего процесса учитываетс

Конвективный теплообмен
Перенос в движущейся среде любой субстанции (массы, импульса, теплоты) происходит как молекулярным хаотическим движением, так и конвективным (макроскопическим) движением молей газа или жидкости. Ко

Двигателя твердого топлива
Газовая фаза продуктов сгорания топлив содержит кислородосодержащие компоненты ( и др.), которые через пограничный слой подходят к нагретой поверхности материалов тракта сопла и окисляют их. Возник

Радиационный теплообмен в ракетных двигателях
В высокотемпературных продуктах сгорания топлив ракетных двигателей происходят процессы переноса энергии в форме излучения - атомно-молекулярного перехода части внутренней энергии вещества в поток

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги