ПЕРИОДЫ РАБОТЫ РДТТ

При рассмотрении рабочих процессов в РДТТ выделяют три харак­терных, периода (рис. 2.3):

выход двигателя на рабочий режим t ; этот режим включает вре­мя задержки воспламенения и время воспламенения заряда и запол­нения свободного объема двигателя (время отсчитывается от момента подачи импульса тока на пиропатрон);

основной период работы двигателя, называемый временем горения заряда t₃; на этот участок приходится основная часть (более 90 %) всего времени работы;

время спада давления t , наступающее после сгорания основной час­ти заряда или срабатывания узла отсечки тяги РДТТ.

Полное время работы двигателя определяется суммой этих периодов:

.

При расчете процесса в период выхода двигателя на режим рассмат­риваются уравнения нестационарного (волнового на начальной стадии) течения продуктов сгорания топлива воспламенителя и основного заряда с учетом догорания в кислороде воздуха, прогрева и вспышки топлива, начального прогрева элементов конструкции. Для расчета основного пе­риода используются уравнения течения газа и горения заряда твердого топлива в квазистационарном приближении. Предварительно проводится геометрический расчет выгорания заряда.

В основе геометрического расчета изменения площади горящей по­верхности S(e) и площади проходного сечения канала F(e)= в зависимости от толщины сгоревшего свода е лежит допущение о равномерности скорости горения топлива и = de/dt во всем объеме за­ряда. Это означает, что горение заряда происходит параллельными (точ­нее эквидистантными) слоями (рис. 2.4).

На основном участке при малых скоростях течения газа и малых dp/dt с достаточной точностью выполняется уравнение баланса массы в виде up_TS =pF / (ср. с п. 3.1.1), на этом участке давление определяется по системе уравнений (0 е е₀):

;

.

В случае S S

Имеем ;

;

;

.

Ограничение на начальную тяговооруженность ступени п₀ = имеет вид , где P, I и - начальные тяга, удельный импульс и масса ступени соответственно.

Внутрибаллистические и тяговые характеристики РДТТ заметно из­меняются вследствие отклонений параметров заряда и двигателя от но­минальных. Относительный разброс давления или расхода

,

где — относительные отклонения скорости горения от его средне­го (формулярного) значения; - относительный разброс давления от среднего значения вследствие случайных отклонений параметров за­ряда и двигателя (см. подразд. 3.4); Т₃ - случайные изменения темпе­ратуры заряда в узком диапазоне режима термостатирования.

Рис. 2.3. Изменение давления в РДТТ во времени.

Если термостатирования нет, то в Т₃ учитывается весь интервал температур в заданных условиях применения

, и

.

Рис. 2.4. Перемещение поверхности горения заряда:

1 - бронирующее покрытие; 2 - твердое топливо; 3 - положение поверхности горения при выгорании свода толщиной е.

С учетом разбросов максимальное давление в двигателе равно

.

В следующем приближении учитываются неоднородности скорости горения вследствие изменений давления и скорости газового потока вдоль канала, а также вследствие местных отклонений физико-механи­ческих свойств топлива, его температуры и деформации (см. подразд. 1.2). Участок спада давления при выгорании заряда начинается тог­да, когда фронт горения подходит к какой-нибудь точке поверхности, соответствующей полному выгоранию свода. На этом участке догорают остатки топливного заряда и истекают продукты горения топлива и раз­ложения покрытий. Для оценки зависимости S (e) на участке спада давления необходим учет неоднородностей скорости горения по всему объему заряда и случайных отклонений его геометрических характерис­тик. При известной зависимости S (е) давление рассчитывается по пре­дыдущей системе уравнений, скорректированной с целью учета измене­ния количества газа в объеме РДТТ:

;

de/dt = .

Площадь под функцией p(t) не зависит от скорости горения твердо­го топлива (F = const):

.

В некоторых случаях необходимо точное значение полного импуль­са тяги РДТТ; тогда p(t) на участке спада определяется с учетом прихо­да продуктов разложения теплозащитных покрытий и теплопотерь в двигателе; при этом может потребоваться рассмотрение движения газа.