- •1.1.Принцип создания реактивной силы
- •1.3. Тяга ракетного двигателя
- •2. Формула Циолковского и её практическое применение
- •2.3. Формула Циолковского
- •3. Рабочий процесс в химических ракетных двигателях
- •3.2. Реакции химически активных газов
- •3.5. Оценка эффективности процессов в химических ракетных двигателях
- •4. Характеристики ракетного двигателя
- •4.2. Высотная характеристика
- •4.3. Режимы работы сопла
- •5.2. Классификация и схемы жрд Одна из возможных классификаций жрд (по способу получения рабочего тела для турбины тна) представлена на рис.20. Рис.20
- •5.5. Перспективные жрт
- •6. Основные конструктивные элементы камер жрд. Топливные баки
- •6.4. Выбор материала для камеры жрд
- •6.5. Формы камер жрд
- •Формы камер сгорания:
- •6.6. Головки камер жрд и их конструкция
- •6.8. Потери в соплах ракетных двигателей
- •6.9. Схемы сопел жрд
- •6.10. Кольцевые сопла
- •6.12.Типы топливных форсунок
- •7. Система охлаждения камер жрд
- •7.5. Внутреннее охлаждение
- •8. Система подачи компонентов топлива
- •8.2. Компоновочные схемы тна
- •8.4. Крыльчатки насосов
- •8.5. Уплотнения крыльчаток
- •8.8. Кавитация
- •8.9. Предвключенные насосы
- •8.11. Турбина тна
- •8.12. Классификация турбин
- •9. Системы управления жрд
- •9.1. Система запуска жрд
- •9.2. Влияние условий запуска двигателя
- •9.4. Остановка двигателя
- •2. Формула Циолковского и её практическое применение 10
6.8. Потери в соплах ракетных двигателей
Сопло — необходимый элемент всякого ракетного двигателя, в котором тепловая энергия продуктов сгорания преобразуется в кинетическую энергию истекающей из сопла струи газов. Величина кинетической энергии в конечном итоге определяет главную характеристику двигателя — удельный импульс. Всякий реальный процесс преобразования энергии сопровождается некоторыми потерями. В данном случае потери снижают кинетическую энергию струи и, следовательно, удельный импульс.
Одна из задач организации рабочего процесса в соплах ракетных двигателей—снижение всякого рода потерь, максимальное приближение реального процесса истечения из сопла к идеальному. С другой стороны, сопло ракетного двигателя, особенно при современных больших степенях расширения газов в нем, представляет собой довольно громоздкую конструкцию и в общих габаритах и в массе двигателя занимает весьма заметную роль. Другая задача
- всяческое снижение необходимых габаритов сопла ракетного двигателя.
Таким образом, объединяя обе задачи, можно сказать, что при проектировании сопла ракетных двигателей основной целью является максимальное приближение процесса истечения к идеальному при минимальных габаритах сопла. Тогда сопло двигателя будет иметь минимальные потери при минимальной массе и габаритах.
В соплах реактивных двигателей потери с достаточной точностью можно разделить на следующие виды:
Потери трения. Этот вид потерь связан с трением газа о стенку. Наличие вязкого трения при течении газового потока вдоль стенки КС и сопла создает силу, стремящуюся увлечь стенку в направлении потока, т. е. создает силу, противоположную тяге.
Газодинамические потери. Этот вид потерь связан с неравномерностью поля скорости по величине и направлению на срезе сопла. Дело в том, что, рассматривая характеристики идеального или теоретического двигателя, подразумеваем одномерное течение в сопле и, следовательно, параллельное оси сопла истечение с одинаковой скоростью по всему срезу сопла. В действительности течение в соплах пространственное, близкое к его разновидности
— осесимметричному потоку, с непараллельным и неравномерным истечени ем. Это снижает тягу по сравнению с идеальным двигателем.
Термодинамические потери. К термодинамическим процессам, которые могут оказать отрицательное влияние на тяговые свойства сопла, относят недовыделение теплоты в сопле, за счет некоторой степени неравновесности и потери теплоты за счет теплоотдачи в стенку или в систему охлаждения. Эти потери отклоняют реальный процесс от идеализированного, и поскольку в обоих случаях имеют место потери тепловой энергии при расширении, то это вызывает и соответствующие потери тяги в сопле.
Полные потери тяги в соплах. В общем случае суммарный коэффициент, отражающий все основные составляющие потери:
где (при «хорошо» спрофилированных и изготовленных соплах):
= 0,990—0,975 — коэффициент, отражающий потери тяги из-за трения, зависит главным образом от степени расширения газов в сопле и шероховатости внутренней поверхности сопла;
= 0,990—0,985 — коэффициент, отражающий газодинамические потери. зависит главным образом от формы и особенностей профиля сопла; -- 0.990—0,995 — коэффициент, отражающий потери термодинамического ера, зависит главным образом от степени неадиабатичности процесса, степени расширения газов в сопле и рода топлива.
В итоге, учитывая приведенные выше значения отдельных состав-
ляющих, полный коэффициент сопла равен= 0,975— 0,940, т. ё. потери
тяги в соплах составляют от 2,5 до 6,0%, рис.39. Пунктирная кривая расширя-
ет область в сторону его увеличения при применении сопел с полированной
внутренней поверхностью.
Рис.39
Примерное значение полного коэффициента профилированного соплав зависимости от степени расширения Рк/ Pa.