2.3.3. Влияние вращения на внутреннюю баллистику рдтт

Стабилизация твердотопливных ракет или их ступеней вращением распространена в ракетной технике. При этом на внутреннюю баллисти­ку РДТТ оказывает влияние несколько факторов.

1. При достаточной большой скорости вращения РДТТ увеличива­ется скорость горения под действием ускорения, направленного под пря­мым (или близким к прямому, 70...90°) углом к поверхности горения.

2. Во вращающихся РДТТ с одним центральным соплом уменьшается расход газа через это сопло. Уменьшение расхода является функцией

; , где Г =v; v - таигенциальная скорость; значение Г в закрученном потенциальном течении постоянно; — нормированная функция тока. Для потенциального те­чения с «вакуумным» ядром, в котором Г=0 при 0, имеем

.

Приближенно эффективный коэффициент расхода центрального сопла уменьшается пропорционально

[]=[],

где — угловая скорость двигателя.

В зоне ядра потока в канале заряда газ вращается подобно твердому цилиндру с угловой скоростью, существенно превышающей угловую скорость двигателя. И это приводит к повышенному эрозионному воз­действию на центральную часть тепловой защиты переднего дна.

Вращение РДТТ не оказывает влияния на расход газа через перифе­рийные сопла, расположенные на сопловой крышке на некотором расстоянии от оси. Газ в канале РДТТ с периферийными соплами вращается почти с той же угловой скоростью, что и двигатель.

Воздействие ускорения и уменьшения расхода через центральное сопло иллюстрируется данными, приведенными на рис. 2.6, для эксперимен­тального двигателя с принудительным вращением (топливо смесевое: 85 % перхлората аммония и 15 % связки, размеры заряда 126/85 — 40, площадь горящей поверхности постоянная).

3. Во вращающемся РДТТ имеет место перепад давлений по поперечному сечению: давление на периферии превышает давление в центре. На торцевой поверхности горения вблизи оси образуется каверна.

4. Увеличение площади горящей поверхности вследствие деформации заряда и корпуса вращающегося РДТТ:

,

где — тангенциальная деформация на внутренней поверхности одноканального заряда.

При этом увеличивается также площадь проходного сечения канала. В случае одноканального заряда это увеличение порядка 1 + 2_т, и оно приводит к пренебрежимо малому уменьшению давления в РДТТ.

На участках заряда, на которых при вращении возникает деформа­ция растяжения, скорость горения ' увеличивается. В одноканальных за­рядах таких участков нет.

5. Вращение РДТТ оказывает влияние на скорость обтекания и, следовательно, на эрозионное горение торцевых участков горящей поверх­ности. На поверхности, параллельной оси вращения, эрозионная состав­ляющая скорости горения не изменяется.

При создании вращающихся РДТТ предъявляются повышенные тре­бования к прочности корпуса и заряда, а также к тепловой защите, обус­ловленные следующим:

а) из-за вращения газа в канале одноканального заряда РДТТ с центральным соплом увеличивается эрозионное воздействие на центральную область переднего дна;

Рис. 2.6. Давление в РДТТ при отсутствии вращения (1), при вращении с перифе­рийными соплами (2) и при вращении с одним центральным соплом (3); час­тота вращения примерно 11700 об /мин.

б) из-за увеличения алгомерации и осаждения шлаков, в том числе несгоревшего металла. Это приводит также к увеличению пассивной мас­сы после выгорания заряда.

Нерасчетный режим работы вращающегося РДТТ может возникнуть и из-за образования центров ускоренного горения баллиститного топли­ва (углублений в местах скопления конденсированной фазы), приводя­щих к снижению прочности заряда.