4.4.2. Вдув газа и впрыск жидкости в сопло
Если через отверстие в стенке сопла втекает в поток вторичная струя жидкости или газа, то часть потока отклоняется от стенки; а вверх по течению от отверстия образуется зона повышенного давления. При этом возникает боковая сила, которая складывается из реактивной силы вторичной струи и равнодействующей сил давления в области отрыва потока.
v Обтекание струйного препятствия в сопле сопровождается не только возникновением боковой силы, то и приростом тяги, так как сопротивление вторичной струи не передается соплу, а равнодействующая сил повышенного давления по зоне отрыва имеет осевую составляющую (боковая стенка сопла наклонена к оси РДТТ).
Вторичная струя жидкости или газа воздействует на основной поток как источник массы, количества движения и энергии. Так, в плоском сверхзвуковом сопле (с выходным сечением высотой ha) воздействие вторичной струи бесконечно малой интенсивности dm приводит к повышению давления в потоке:
,
где Н, р - энтальпия и давление в потоке; v=Ма - скорость потока; vBT - скорость вторичной струи; vBTcos - осевая составляющая скорости вторичной струи; N - молярная масса.
Равнодействующая сил давления по возмущенной области длиной равна , а соответствующий удельный импульс определяется соотношением
.
Удельный импульс боковой силы при вдуве (впрыске) газа (жидкости) в закритическую часть сопла (табл. 4.14. к=1,24, Т=300К, М=2,5):
.
где Iвт - собственный удельный импульс вдуваемой (впрыскиваемой) струи.
Коэффициент усиления при вдуве инертного газа в закритическую часть сопла. Возмущенную пристенную зону, возникающую при вдуве газа в закритическую часть сопла, можно разделить на две части: вверх и вниз по течению от отверстия вдува, находящегося на расстоянии l от выходного сечения сопла. Коэффициент усиления для первой части области, характеризуемой отрывом потока перед трехмерным струйным препятствием, равен 1,5...1,8, а коэффициент усиления для второй области увеличивается пропорционально (l/dэ)0,5. В результате анализа экспериментальных данных имеем
,
где - угол между осью канала вдува и осью сопла ракетного двигателя;— эквивалентный диаметр отверстия (здесь и — расходные комплексы для газов вторичного и основного потоков; ).
Приведенная формула для Ку справедлива до тех пор, пока центральный угол охвата возмущенной области в выходном сечении сопла 2а менее 160°. При распространении возмущения на противоположную вдуву сторону сопла (2а>160°) коэффициент усиления уменьшается, и уменьшение пропорционально а (80°а160°):
.
Таблица 4.14
Удельный импульс струи, втекающей
в закритическую часть сопла при взаимодействии с потоком
Вдуваемое рабочее тело | Тепло, поглощаемое впрыскиваемым веществом при нагреве до температуры потока (1700 К), кДж/моль | , м/с | ,кг/м*с |
Инертные газы:
продукты сгорания твердого топлива нейтральные жидкости:
реагирующие жидкости и газы (содержится в потоке):
|
41,8 46
-54
144 156 83,6
-426 -860 210 |
7300 2320
4260
1240 1560 1700
6600 4700 1470 |
0,06 0,27
7,1
1,2 2,0 5,3
0,9 6,8 2,2 |
Примечание. - плотность рабочего тела. Газы хранятся при давлении 10,3 МПа и впрыскиваются со звуковой скоростью под углом к оси сопла.
Поэтому после того как угол охвата возмущенной области достиг значения 2=160°, увеличивать расход вдуваемого газа целесообразно только через дополнительные отверстия, расположенные в области разрежения, находящейся вниз по потоку от струйного препятствия. Тоща в этой области повышается давление, и размеры возмущенной области не увеличиваются (в определенных пределах роста mвт); коэффициент усиления при этом остается приблизительно на прежнем уровне, а боковая управляющая сила возрастает.
Удельный импульс боковой управляющей силы при впрыске жидкости. Характеристики систем впрыска четырехокиси азота (стартовые РДТТ ракеты "Титан-ЗС", табл. 4.15) и впрыска фреона-12 (третья ступень ракеты "Минитмен") таковы:
а) при впрыске N2 О4 Ру/Р 0,4();
б) при впрыске фреона-12 Ру/Р0,35;Ку=0,6.
Таблица 4.15
Боковая сила и удельный импульс при впрыске в сопло четырехокиси азота
| 0,02 | 0,05 | 0,10 | 0,15 | 0,20 | 0,30 |
м/с | 0,02 2600 | 0,045 2400 | 0,075 2000 | 0,10 1700 | 0,115 1600 | 0,14 1200 |
В системе вытеснения фреона имеется стабилизатор давления (4,5±0,2) МПа с пропускной способностью 0...0,45 кг/с (см. рис. 1.12). Расход газа или жидкости на парирование случайных эксцентриситетных возмущений по каналам тангажа и рыскания пропорционален сумме абсолютных значений проекций управляющего усилия на каждую из взаимно перпендикулярных плоскостей стабилизации z =|х|+\y\=и+v>0, причем
, при ,
а (v) записывается аналогично. Плотность вероятности распределения суммы двух модулей нормальных случайных величин z=\x\+\у\ (при х==)
,
где .
Для вероятности получаем , так, вероятности 0,997 соответствует отклонение, равное примерно 4,2.
- Рабочие процессы
- В ракетных двигателях
- Твердого топлива
- Справочник
- Глава 1. Ракетные двигатели твердого топлива
- 1.2 Твердые ракетные топлива
- 1.3 Соновные элементы конструкции
- 1.3.1 Корпус и сопло
- 1.3.2 Заряд твердого топлива
- 1.3.3 Устройства создания управляющих усилий
- 1.3.4. Воспламенительное устройство
- 1.3.5. Узел отсечки тяги
- 1.4. Моделирование рабочих процессов в рдтт
- Глава 2. Горение заряда твердого топлива
- 2.1. Скорость горения твердого топлива
- 2.2. Термодинамический расчет процессов горения и истечения
- 2.3. Изменение давления в рдтт во времени
- 2.3.1. Периоды работы рдтт
- 2.3.2. Неустойчивые режимы работы рдтт
- 2.3.3. Влияние вращения на внутреннюю баллистику рдтт
- 2.3.4. Анализ отказов двигателя при стендовых испытаниях
- 2.3.5. Горение старого заряда в камере прямоточного двигателя
- 2.4. Регулирование рдтт
- 3.1. Одномерные течения
- 3.1.2. Газодинамические функции
- 3.2. Местные сопротивления в рдтт
- 3.2.1. Течение газа в предсопловом объеме
- 3.3. Течение газа в нале заряда твердого топлива
- 3.3.1. Течение газа в цилиндрическом канале
- 3.3.2. Течение газа в каналах нецилиндрических форм
- 3.4. Разброс параметров рдтт
- 3.5. Выход рдтт на режим установившейся работы
- 3.5.1 Воспламенение заряда твердого топлива
- 3.5.2. Заполнение застойной зоны
- 3.5.3. Натекание в отсек между разделяющимися ступенями
- 3.6. Переходные процессы при отсечке тяги рдтт
- 3.6.1. Отсечка тяги путем вскрытия дополнительных сопел
- 3.6.2. Отделение части двигателя
- 3.6.3. Гашение заряда твердого топлива
- 3.6.4. Волновое движение газа
- 3.7. Двухмерное течение газа в канале заряда
- 4.1. Профилирование сопел рдтт
- 4.1.1. Дозвуковая часть сопла
- 4.1.2. Коэффициент расхода сопел
- 4.1.3. Профилирование сверхзвуковой части сопла для однофазных продуктов сгорания твердого топлива
- 4.1.4. Течение газа с частицами
- 4.2. Потери удельного импульса в сопле
- 4.2.1. Составляющие потерь удельного импульса
- 4.2.2. Отсутствие кристаллизации в сопле
- 4.2.3. Одномерное течение
- 4.2.4. Уточнение потерь на физическую неравновесность многофазного потока
- 4.2.5. Потери удельного импульса многофазного потока из-за утопленности сопла
- 4.3. Эксцентриситет реактивной силы
- 4.4. Характеристики устройств создания управляющих усилий
- 4.4.1. Обтекание выдвижного щитка и дефлектора
- 4.4.2. Вдув газа и впрыск жидкости в сопло
- 4.4.3. Истечение недорасширенной струи навстречу сверхзвуковому потоку
- 4.5. Отрыв потока от стенок сопла
- 4.6. Высотные испытания рдтт
- 4.6.1. Структура стендов для высотных испытаний
- 4.6.2. Пусковое давление цилиндрического выхлопного диффузора
- 4.6.3. Изменение давления в двигателе, барокамере и выхлопном диффузоре
- 4.6.4 Обработка результатов высотных испытаний
- Глава 5. Взаимодействие продуктов сгорания с материалами тракта рдтт
- 5.1. Компоненты воздействия
- 5.2. Модели конвективного теплообмена
- 5.2.1. Интегральные соотношения теории пограничного слоя
- 5.2.2. Интегральная теория пограничного слоя
- 5.2.3. Моделирование пристенной турбулентности
- 5.2.4. Конвективный теплообмен на утопленной части сопла
- 5.2.5. Конвективный теплообмен за минимальным сечением сопла с цилиндрической горловиной
- 5.2.6. Конвективный теплообмен в возмущенной области при несимметричном вдуве газав закритическую часть сопла
- 5.2.7. Нестационарный теплообмен в рдтт
- 5.2.8. Теплообмен на регуляторах расхода газа
- 5.2.9. Теплообмен в многофазных течениях
- 5.2.10. Свободная конвекция в рдт
- 5.3. Радиационный теплообмен в рдтт
- 5.4. Воздействие газовых потоков на композиционные материалы
- 5.5. Воздействие газовых потоков
- 5.6. Оздействие многофазных потоков на композиционные материалы
- 5.7. Тепловое состояние элементов рдтт
- 5.8. Теплофизические и некоторые другие характеристики материалов
- 5.9. Результаты испытаний тепловой защиты рдтт
- Глава 1. Ракетные двигатели твердого топлива……….……………………….8
- Глава 2. Горение заряда твердого топлива ………………………………..44
- Глава 3. Газодинамические процессы в рдтт………………………………...66
- Глава 4. Газодинамические характеристики соплового блока…………….113
- Глава 5. Взаимодействие продуктов сгорания с материалами