3.5.3. Натекание в отсек между разделяющимися ступенями

Разделение ступеней ракеты после прорубания оболочки соедини­тельного отсека может происходить под действием газов, вытекающих из верхнего РДТТ (рис. 3.7).

Переходный процесс изменения давления p(t) в объеме между разделяющимися ступенями рассчитывается в квазистационарном при­ближении при следующих предположениях:

истечение газов из сопла верхней ступени и из кругового зазора х переменного значения происходит при сверхкритическом режиме;

расход газов из верхней ступени в период выхода двигателя на режим известен по теоретическим либо по опытным данным;

газ из кругового зазора истекает в радиальном направлении, ширина зазора мала по сравнению с диаметром отсека ();

аэродинамическое сопротивление разделяющихся ступеней пренебрежимо мало;

температуры торможения газов, вытекающих из двигателя, Т₂ и в отсеке Т постоянны; вследствие передачи тепла стенкам, ограничиваю­щим объем между ступенями, Т<Т₂ (например, Т0,ЗЗТ₂).

Используя приведенную массу и относитель­ное перемещение ступенейх=х₂ -, получим

;

,

где П=d, F= — периметр и площадь поперечного сечения отсека в месте расстыковки ступеней; р — давление в межступенном объеме; F₂ — площадь проходного сечения сопла верхней ступени либо на срезе (если течение в раструбе безотрывное), либо в месте отрыва потока (в этом случае F₂ зависит от отношения р/р₂); приведенная скорость ₂ в сечении F₂ определяется по газодинамической функции q(₂)=F/F₂; f*=RT - "приведенная сила" газов внутри межступенного отсека; — коэффициент расхода газа через круговой зазор;Р₁ — тяга после­действия нижней ступени.

В результате решения этой системы уравнений численным методом определяются расстояние x(t) и давление p(t) между разделяющи­мися ступенями в зависимости от времени.

Результаты соответствующего численного расчета р_mах приведены в табл. 3.7 в зависимости от отно­сительного количества теплоты, передаваемого стенкам отсека Q, для случая разделения двух ступе­ней ракеты на твердом топливе со следующими параметрами;

площадь минимального сечения верхней ступени F = 230 см²;

время выхода ее на режим примерно 0,03 с;

давление на установившемся режиме работы около 2,25 МПа;

диаметр поперечного сечения в месте расстыковки d = 1,1 м;

массы нижней и верхней ступеней равны соответственно 907 и 2722 кг.

Рис. 3.7. Разделение ступеней (а) и отде­ление сопловой части (б).

Из данных, приведенных в табл. 3.7, видно, что значение р_mах су­щественно зависит от предполагаемого уровня тепловых потерь в межступенном отсеке Q. Опытным зависимостям p(t) удовлетворительно соответствуют расчетные при Q=75 % , при этом f* = 0,33f. Результаты расчетов показывают, что изменение объема между ступенями в началь­ный период расстыковки, когда tt, мало и им можно пренебречь при приближенной оценке р_mах.

Таблица 3.7

Максимальное давление в межступенном отсеке

при различном уровне тепловых потерь