Физическая модель рабочего процесса в камерах сгорания ЭНС

Бесплатно!

Внутрикамерные процессы твердотопливных ЭНС рассмотрены на примере РДТТ, поскольку этот тип ЭНС наиболее глубоко изучен и подробно представлен в литературе. Типовая схема РДТТ приведена на  рис. 1.1.

1 – цилиндрическая обечайка корпуса РДТТ; 2 – переднее дно; 3 – сопловое дно; 4 – узлы крепления заряда; 5 – топливный заряд; 6 – система воспламенения;             7 – сопло; 8 – сопловая заглушка; 9 – теплозащитное покрытие и (или) защитно-крепящий слой; 10 – бронирующее покрытие.

Рис. 1.1. Схема ракетного двигателя на твердом топливе.

К РДТТ относятся устройства, в которых химическая энергия твердого топлива преобразуется сначала в тепловую, а затем в кинетическую энергию выбрасываемых из камеры сгорания продуктов сгорания. Источником химической энергии в рассматриваемых системах является твердое топливо, содержащее в своем составе как горючие, так и окисляющие компоненты. В РДТТ твердое топливо включается отдельным узлом – топливным зарядом. Частично наружная поверхность заряда может быть забронирована в тех случаях, когда нужно часть поверхности заряда предохранить от горения с целью получения заданного закона изменения горящей площади заряда во времени.

На рис. 1.1 представлен РДТТ с зарядом вкладного типа. Находят применение также прочноскрепленные конструкции, требующие при большом отличии коэффициентов температурного расширения материалов корпуса и топлива использования промежуточного – так называемого защитно-крепящего слоя.

Корпус РДТТ совместно с обоими днищами ограничивает объем, в котором происходит горение топлива, обеспечивая получение заданного уровня реализуемых внутрибаллистических параметров и выполняя роль несущей конструкции.

Истечение продуктов сгорания осуществляется через сверхзвуковое сопло, роль которого заключается в повышении эффективности преобразования тепловой энергии, выделенной в камере РДТТ, в кинетическую энергию истекающих из камеры продуктов. Форма сопла обеспечивает разгон продуктов сгорания до сверхзвуковых скоростей, что способствует повышению тяги двигателя.

Поскольку температура продуктов сгорания в камере РДТТ очень высока и может достичь уровня 3500 ¼ 3700 К, а значения тепловых потоков      106 ¼ 107 Вт/м2, то возникает необходимость в защите элементов конструкции двигателя от перегрева и в связи с этим – от разрушения в рабочий период. Эту функцию обеспечивают теплозащитные покрытия (ТЗП), которые могут быть нанесены на внутренние поверхности корпусных узлов, начиная с переднего днища, вплоть до выходного сечения сверхзвукового сопла.

Воспламенение топливного заряда обеспечивается специальной системой воспламенения. Простейшим и наиболее часто применяемым на практике способом является реализация системы воспламенения на  дымном порохе или пиротехническом составе, размещенной в корпусе, который в рабочий период может оставаться прочным или разрушается. Зажигание навески производится с помощью электрозапала.

До определенного момента работы двигателя его внутренний объем может быть заглушен мембраной, разрушающейся при заданном давлении продуктов сгорания в камере РДТТ.

В период работы РДТТ имеет место следующая совокупность последовательно реализующихся основных процессов.

Начинается рабочий процесс в камере РДТТ с подачи электрического напряжения на электрозапалы пиропатронов. Форс пламени от воспламеняющейся навески пиропатрона обеспечивает зажигание воспламенительного состава. Продукты сгорания воспламенительного состава поджигают поверхность горения основного заряда. Распространение пламени по поверхности топливного заряда в зависимости от условий зажигания и геометрии РДТТ может происходить со скоростями 1 ¼ 300 м/с. После воспламенения всей площади горения основного заряда начинается неустановившийся режим работы двигателя. Продолжительность этого режима обычно равна десятым долям секунды. Продукты сгорания топлива заполняют так называемый свободный (не занятый твердым топливом) объем камеры. При этом секундный приход газов должен быть больше секундного расхода их через сопло, так что в объеме камеры, занятом продуктами сгорания, увеличивается их плотность и возрастает давление. Повышение давления и плотности продуктов сгорания в камере продолжается до тех пор, пока секундный приход продуктов сгорания топлива не станет равным сумме секундного расхода продуктов сгорания через сопло и секундного количества продуктов сгорания, идущего на заполнение объема, освободившегося от сгоревшего за то же время топлива. С этого момента начинается основной, так называемый квазистационарный, период работы двигателя.

После достижения продуктами сгорания плоскости, в которой размещается заглушка, внутрикамерный процесс может развиваться по двум схемам:

– заглушка разрушается, уровень давления в камере примерно выравнивается и сохраняется близким к постоянному до момента, когда к горению начинает подключаться поверхность топливного заряда;

– разрушение заглушки рассчитано на высокие значения давления. Этот факт приводит к отражению волны продуктов сгорания от правой границы двигателя и распространению ее в противоположную сторону. В связи со снижением скоростей движения продуктов сгорания в свободном объеме камеры снижается интенсивность процесса прогрева топливного заряда, что приводит к увеличению периода выхода РДТТ на режим квазистационарной работы.

Площадь поверхности горения заряда может быть выбрана так, чтобы давление в камере сохранялось постоянным или изменялось по заданному закону. Завершение работы РДТТ происходит либо после выгорания топливного заряда, либо принудительно с использованием узла отсечки тяги.

Детали:

Тип работы: Лекции

Предмет: Физика

Svg Vector Icons : http://www.onlinewebfonts.com/icon Из сборника: РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ ЭНС

Год написания: 2010

Добавить комментарий

Ваш email не будет показан.

Получать новые комментарии по электронной почте. Вы можете подписаться без комментирования.