Топливо Марка
Давление в КС
Степень расширения газов
Тяга двигателя
5.1. Расчет КС без учета пристеночного слоя
компонентов топлива
Принимаемое допущение
Пристеночный слой в камере сгорания является защитным для стенок камеры от воздействия высоких температур. Температуру газового потока у стенки КС снижают, подавая в пристеночный слой один из компонентов в избытке по сравнению с известным соотношением компонентов топлива в ядре. В результате параметры пристеночного слоя отличаются от параметров ядра форсуночной головки, т. е. по всему сечению КС параметры не одинаковы. В расчетах первого уровня приближения этим отличием можно пренебречь. Порядок расчета без учета пристеночного слоя компонентов топлива представлен ниже.
Теоретический удельный импульс тяги
Теоретический удельный импульс тяги двигателя в пустоте для различных значений находят по справочнику [3] и представляют найденные значения в форме таблицы 9:
Таблица 9
0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,2 | |
По найденным значениям строят график изменения теоретического удельного импульса тяги в зависимости от значений коэффициента избытка окислителя вида . Пример такого графика представлен на рисунке 12.
|
|
По графику (рис. 12) находят , т. е. такое значение коэффициента избытка окислителя, которое обеспечивает максимальный удельный импульс тяги проектируемого двигателя, так, в рассматриваемом примере .
5.2. Расчет с учетом пристеночного слоя компонентов топлива
Определение параметров газа для ядра форсуночной головки
Расчет коэффициента избытка окислителя с учетом пристеночного слоя компонентов топлива в КС производится в следующем порядке: вначале находят значения параметров продуктов сгорания для ядра потока, потом – для пристеночного слоя, затем – осредненные значения по сечению камеры сгорания.
В начале расчета строится таблица 10, строки которой заполняют в следующем порядке.
Используя полученный выше график зависимости , выбирают несколько значений в окрестности оптимальной точки этого графика (слева и справа от оптимального значения ). Этими значениями заполняют первую строку таблицы 10. Выбранные таким образом соответствуют ядру форсуночной головки, поэтому им в таблице 10 присваивается дополнительный нижний индекс «я».
Для значений (табл. 10) находят в справочнике [3] соответственные значения параметров продуктов сгорания: плотность газов для ядра потока и удельный импульс тяги . Результаты заносят в таблицу 10.
Определение параметров газа для пристеночного слоя форсуночной головки
Потребное значение проектируемого двигателя находят по справочнику [3] подбором, с учетом обеспечения температуры газового потока у стенки КС не более , а также c учетом заданного давления в камере сгорания .
|
|
Определив по справочнику [3] потребное , выписывают соответственные ему значения параметров газа в пристеночном слое проектируемого двигателя: температуру газов, плотность газов, удельный импульс тяги
().
Всем этим параметрам присваивается нижний индекс «пс».
Определение относительного расхода газа в пристеночном слое
Относительный расход газа в пристеночном слое выбирают с учетом данных статистики в зависимости от тяги проектируемого двигателя.
По данным статистики, для камер сгорания с тягой . Необходимым значением задаются в указанном диапазоне с учетом значения тяги отдельной камеры сгорания двигательной установки.
Расчет параметров газа, осредненных по поперечному сечению КС
Относительный расход топлива через ядро газового потока определяют по формуле .
Среднее значение плотности топлива по поперечному сечению камеры сгорания находят по формуле
Результаты расчета параметров газового потока по приведенным выше формулам для каждого значения заносят в таблицу 10.
Среднее по поперечному сечению камеры сгорания теоретическое значение удельного импульса тяги в пустоте определяют по формуле
.
Результаты расчета по приведенной выше формуле для каждого также заносят в таблицу 10.
Для каждого (табл. 10) по формуле находят произведение параметров: плотности и удельного импульса тяги. Заполняют соответствующую строку таблицы 10:
Таблица 10
0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,2 | |
В таблице 10 выбирают максимальное значение произведения . По значению определяют в таблице соответственное ему Выписывают это значение из таблицы (в представленном примере таблицы 10 искомое значение равно единице, т. е. ).
Определение стехиометрического соотношения компонентов топлива
По справочнику [3] находят стехиометрическое соотношение компонентов топлива . Стехиометрическое соотношение позволяет рассчитать весовое соотношение компонентов топлива для ядра потока и пристеночного слоя камеры сгорания.
Весовое соотношение компонентов топлива
Весовое соотношение компонентов топлива в пристеночном слое и в ядре потока вычисляют по формулам:
; .
Относительные расходы компонентов топлива
Относительный расход окислителя в пристеночном слое вычисляют по формуле
.
Относительный расход горючего в пристеночном слое равен
.
Относительный расход окислителя через ядро форсуночной головки равен
.
Относительный расход горючего через ядро форсуночной головки равен
.
Относительный расход окислителя через поперечное сечение КС равен
.
Относительный расход горючего через поперечное сечение КС равен
.
Проверка результата
Проверитьправильность проведенного расчета следует по формуле
.
Определение средних значений искомых коэффициентов
Среднее весовое соотношение компонентов топлива по поперечному сечению КС .
Среднее значение коэффициента избытка окислителя по поперечному сечению КС
.
Процент расхождения значений коэффициентов по первому (приближенному) и второму (уточненному) расчетам определяют по формуле
.