8.1.1. Особенности глубокого

дросселирования

Недостатком регулирования тяги двигателя описанным способом является уменьшение удельного импульса I_у на всех режимах ниже максимального. Это снижение связано с уменьшением , следовательно, уменьшением(углублением перерасширения), а так же ухудшением процессов в КС (,), вследствие уменьшения Δр_ф.

Для регулирования тяги ЖРД при постоянной величине I_у необходимо устранить причины, по которым удельный импульс снижается. Этого можно добиться, если снижать расход топлива М_т уменьшением суммарной площади проходных сечений форсунок ΣF_ф при Δр_ф = const, следовательно, и . В том случае когда ЖРД работает в атмосфере (р_н > 0), для поддержания I_у = const так же необходимо регулировать относительную площадь сопла . Регулирование ΣF_ф и с технической точки зрения представляет сложную конструкторскую задачу и обычно не применяется. В отдельных случаях, может применяться применяется ступенчатое регулированиес помощью двухпозиционных сопел Лаваля.

8.2. Высотные характеристики рд

Высотными характеристиками (ВХ) ЖРД называются зависимости тяги R и удельного импульса I_у от высоты полета (давления окружающей среды р_н) при постоянных массовом расходе топлива М_т(=const), соотношении компонентов ракетного топлива К_М (Т_к = const, k = const, R = const), фиксированных размерах сопла (F_кр = const, F_c = const).

Для расчета ВХ необходимо знать зависимость величины атмосферного давления от высоты – р_н = f(H). Ее обычно принимают по данным стандартной атмосферы.

Как уже отмечалось выше, сопло постоянной геометрии () имеет расчетный режим работы (р_с = р_н) только на одной (расчетной) высоте, на других высотах его характеристики ухудшаются. На рис. 8.5 условно показана высотная характеристика камеры ЖРД с плавно регулируемым РС I_у.рег(Н) и зависимости I_у(Н) для камер с двухпозиционным РС 2 и нерегулируемыми РС с различной .

Рис. 8.5. Высотные характеристики ЖРД с различными соплами

Удельный импульс I_у при увеличении высоты Н постоянно возрастает, так как уменьшается величина атмосферного давления р_н, следовательно, в соответствие с выражением 8.11, уменьшается отрицательная составляющая – р_нF_c/М_т.

I_у = I_у.п – р_нF_c/М_т (8.11)

После прохождения расчетной высоты Н_р у нерегулируемого сопла наблюдается замедление темпа роста I_у по сравнению с плавно регулируемым соплом из-за углубления режима недорасширения.

Из графиков (см. рис. 8.5) видно, что на больших высотах (при малых р_н) больший удельный импульс, а значит и тягу дают сопла с большой (), однако с уменьшением высоты у них резче снижаютсяR и I_у. То есть на первых ступенях ракет выгодно использовать сопла с малой степенью расширения , а на вторых и третьих ступенях – с большой. Преимущества двухпозиционного РС перед соплом1 сказывается в области Н > Н_перекл, преимущества перед соплом 3 – в области Н < Н_перекл.

Характер зависимости R(Н) аналогичен зависимости I_у(Н), так как при М_т = const величина тяги зависит только от удельного импульса – R = I_уМ_т.

Изображенные на рис. 8.5 зависимости относятся к соплам Лаваля. Кольцевые сопла (рис. 8.6, а) имеют значительно лучшие характеристики на режимах перерасширения, обладая определенной степенью саморегулирования. Штыревое сопло (рис. 8.6, б, в) приближается к плавно регулируемому соплу в широком диапазоне высот.

Рис. 8.6. Схемы сопел: а– кольцевое;б, в– штыревое.

62