Жидкостные ракетные двигатели (стр. 3 из 36)
Обычно, химические реакции, происходящие в газах при их расширении, отрицательно влияют на параметры термодинамического процесса и двигательной установки в целом. К таким реакциям относятся диссоциация, конденсация и ионизация.
Так как диссоциация (процесс разложения молекулярных соединений на составляющие элементы) протекает с поглощением большого количества тепла, то это приводит к снижению температуры потока, то есть уменьшению его общей энергетики, а, следовательно, к ухудшению основных параметров двигателя.
При расширении газового потока происходит снижение его температуры, а, следовательно, возможно явление конденсации — частичный переход рабочего тела из газообразного состояния в жидкое. Это отрицательно влияет на характеристики двигательной установки, уменьшая совершаемую газом полезную работу.
Наглядное представление возникновения потерь от конденсации показано на рабочей диаграмме, рис.10.
 |
| Располагаемая работаПотери располагаемой работы от конденсации Начало конденсации |
Рис. 10
Ионизация — процесс отрыва электронов с внешних орбит электронейтральных атомов. Возникает при больших скоростях газового потока и обтекании им тел. Ионизация вызывает появление на выходе из сопла электрозаряженных частиц, вследствие чего наблюдается снижение тяги из-за взаи-
моотталкивания одноимённо заряженных ионов рабочего тела. Кроме того, в процессе эксплуатации корпус летательного аппарата приобретает высокий электрический потенциал, что может вызвать электрический разряд между корпусом этого ЛА и другими электронейтральными или противоположно заряженными телами. При этом могут образоваться мощные кратковременные дуговые разряды, порой приводящие к серьёзным последствиям. Даже просто нахождение корпуса ЛА под высоким электрическим потенциалом уже может быть небезопасно для экипажа и приборов. Поэтому в случае процесса ионизации необходимо применять специальные устройства — нейтрализаторы, которые усложняют конструкцию двигателя и увеличивают его массу.
3.3. Потери в химических ракетных двигателях
Рассмотрим идеальный ABCDи реальный abcdциклы РД в рабочей P-Vдиаграмме, рис. 11.
Рис.11
АВ - изохорический процесс сжатия компонентов топлива в магистралях и турбонасосном агрегате (ТНА);
ВС - изобарный процесс с подводом тепла Qi; горение топлива в камере его рания;
CD- адиабатический процесс расширения газа в канале сопла; DA- изобарный процесс с отводом тепла Q2, происходящий за пределами двигателя;
Площади ABCDи abсd- работы реального и идеального циклов РД, соответственно;
Площадь аАВв - потери на сжатие; Площадь ЬСс - потери в камере сгорания; Площадь CDdc- потери в канале сопла;
16
Потери в камере обусловлены:
а)диссоциацией;
б)трением газа о стенки камеры;
в)неполнотой сгорания топлива;
г)разгоном газового потока по тракту камеры.
Снижение потерь, обусловленных процессом диссоциации, может осуществляться путем:
а)использования топлив, не склонных к процессу диссоциации;
б)увеличения давления в камере сгорания до 300МПа.
Потери в канале сопла обусловлены:
а)конденсацией;
б)трением потока о стенки сопла;
в)непараллельностью течения потока относительно оси камеры;
г)неадиабатичностью процесса.
3.4. Скорость истечения газов из сопла ракетного двигателя
Из теории газового потока известно, что для каждого поперечного сечения канала при установившемся режиме течения выполняется условие: сумма энтальпии iгазового потока и его кинетической энергии Ек остается величиной постоянной.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Степень расширения газа
в канале сопла равна:  |
 |
| тогда: |
 |
 |
 |
Термический КПД:
 |
Коэффициент тяги:
где:
К - безразмерный коэффициент тяги, характеризующий увеличение силы тяги за счёт расширяющейся части сопла;
B=f(k)
где:
- относительная степень расширения сопла.3.5. Оценка эффективности процессов в химических ракетных двигателях
Для оценки качества работы ракетных двигателей используются энергетические коэффициенты полезного действия (к.п.д.)
и импульсные коэффициенты потерь 
 |
Энергетические к.п.д. г\ - учитывают совершенство процесса преобразования теплоты в работу, а импульсные коэффициенты потерь
- потери энергии в элементах камеры ракетного двигателя.  |
| 1.Суммарный коэффициент полезного действия: |
где Lц - работа, совершаемая ракетным двигателем за цикл (эквивалентна площади abcdна рабочей P-Vдиаграмме, см. рис. 11). Нраб - теплота, выделяемая двигателем за цикл.
где
- энергетический к.п.д. импульса давления; 
- энергетический к.п.д. в канале сопла;
- энергетический к.п.д. процесса расширения; 
- термический к.п.д.2.Импульсный коэффициент потерь в камере сгорания:
Индексы «и» и «д» соответствуют идеальным и действительным значениям параметра.
Принято считать, что
; 
, тогда 
3.Импульсный коэффициент потерь в канале сопла:
где: Кр - коэффициент тяги;
Нижний предел изменения величины
соответствует ДУ с малыми тягами, а верхний - с большими тягами.4. Импульсный коэффициент потерь удельного импульса:
4. Характеристики ракетного двигателя
4.1. Дроссельная характеристика ракетного двигателя
Зависимость тяги и удельного импульса двигателя от массового секундного расхода топлива при постоянной высоте полета и неизменном соотношении компонентов топлива называется дроссельной характеристикой ракетного двигателя.