Двигатели летательных аппаратов

Результаты термодинамического расчета камеры сгорания двигателя необходимы для проведения газодинамического расчета, при котором определяются основные характеристики двигательной установки (удельный импульс, массовый расход компонентов) и определяющие размеры камеры сгорания (диаметр критического сечения, диаметр среза сопла).

В настоящее время существуют таблицы результатов стандартных тер

модинамических расчетов, полученных для различных вариантов значений коэффициента избытка окислителя, давлений в камере сгорания и на срезе сопла. Результаты термодинамического расчета для заданных давлений и коэффициента избытка окислителя могут быть получены при помощи интерполяции значений, взятых из таблицы.

Выбор значения коэффициента избытка окислителя α в соответствии графиком функции Iуд(α) при заданных давлениях в камере сгорания PК и на срезе сопла PС. Критерием выбора значения α является максимальное значение удельного импульса Iуд.

При проведении данного расчета считается, что выбранное соотношение компонентов постоянно по сечению камеры сгорания. Однако, для улучшения условий охлаждения камеры сгорания, возле стенок создается пристеночный слой, в котором коэффициент избытка окислителя отличается от своего значения в ядре потока. За счет увеличения содержания горючего в пристеночном слое температура газовой стенки падает, что уменьшает конвективный тепловой поток, передаваемый стенке камеры. Продукты сгорания в пристеночном слое имеют иные термодинамические параметры, нежели в основном потоке. Соответственно, удельный импульс, создаваемый продуктами сгорания в пристеночном слое, будет отличаться (в меньшую сторону) от удельного импульса основного потока.

При проведении стандартных термодинамических расчетов считается, что вся энергия, получаемая в результате сгорания топлива, переходит в кинетическую энергию частиц истекающих газов. При этом не учитывается энергия, затрачиваемая на привод предкамерной турбины. Однако величины потерь составляют небольшую часть от общей термодинамической энергии рабочего тела и не могут быть оценены до проведения расчетов параметров предкамерной турбины.

По результатам проведения расчетов предкамерной турбины, влияния пристеночного слоя, параметры двигательной установки могут быть скорректированы, что потребует повторного проведения теплового и всех последующих расчетов.

4.1 Термодинамический расчет КС

Термодинамический расчёт КС со схемой с дожиганием производится в несколько этапов.

В начале находятся параметры в газогенераторе. Горение в газогенераторе осуществляется с большим избытком горючего, температура не должна превышать 1100º К. при такой температуре продукты сгорания находятся в неравновесном состоянии, а следовательно, рассчитать их параметры по обычной методике невозможно. Для восстановительного газогенератора на фторе и водороде в [4] приведены следующие экспериментальные параметры: α=0,06, R=2052, Т=1051º К, n=1,386, Ср=2154 кДж/кг*ºК (выбор произведён для наименьшей температуры).

На втором этапе проводится ряд приближённых расчётов по схеме без дожигания при заданном значении давления и найденных с учётом поправки на давление значениях энтальпии компонентов. Значения энтальпии находятся по формуле:

Полная методика определения энтальпии изложена в [1].

где – энтальпия компонента при заданной температуре, – давление в камере сгорания.

С учётом этих поправок энтальпии будут равны:

Выбор предварительного значения α производится по наибольшему значению произведения (RT)кс. Выберем α=0,24

На третьем этапе производится серия уточняющих расчётов для схемы с дожиганием. Для этого зададимся значениями:

где – потери от насосов до ГГ, – потери от ГГ до КС, – КПД насосов и турбины.

Далее рассматривается баланс мощностей насосов и турбины:

где – давления на входах в насосы.

Задаваясь значениями , построим графики и определим их пересечение.

После этого найдём , сработанную на турбине:

Определим новую энтальпию генераторных газов после срабатывания на турбине и реальный состав (условную формулу) горючего, поступающего в КС.

Далее проводится повторный термодинамический расчёт параметров в камере сгорания и находится новое оптимальное значение αкс, после чего оно сравнивается с предыдущим. Если:

то примем новое значение αкс как искомое, в противном случае уточняющий расчёт проводится заново, с новыми параметрами.

После получения αкс проводится расчёт истечения по каналу при известном значении n и находятся параметры на срезе сопла.

Полученные данные приведены в таблице 2:

Результаты термодинамического расчета Таблица 2

Расчёты проведены в программе «Термодинамика».

4.2 Газодинамический расчет КС

 Скачать реферат