ГОРЕНИЕ СТАРОГО ЗАРЯДА В КАМЕРЕ ПРЯМОТОЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Старт ракеты с прямоточным воздушно-реактивным или ракетно-прямоточным двигателями может быть осуществлен с помощью размещенного в камере твердотопливного заряда. В этой же камере после выгорания заряда происходит горение (дожигание) топлива ПВРД (РПД) в смеси с воздухом. Могут быть два варианта условий горения стартового заряда:

1) при наличии специального стартового сопла, отбрасываемого после сгорания заряда (рис. 2.8);

2) при отсутствии сопла (бессопловый двигатель); в этом случае канал заряда выполняется коническим в выходной части (рис. 2.9), скорость течения на входе в эту часть равна скорости звука, на большей части поверхности канала происходит интенсивное эрозионное горение; для топлива Нf ( ) = 2...4 при = 1 (см. п. 3.3.1).

При условии, что горение происходит по поверхности круглого цилиндрического канала постоянной длины, отношение значения расхода топлива в конце работы такого двигателя к начальному приблизительно равно ( ) ; падение давления по длине заряда р(х) : = (1 + к )(1+к) . Процесс перехода с ракетного на прямоточ­ный режим начинается в конце падения давления в камере после сгора­ния стартового заряда. Под действием скоростного напора воздушного потока вскрывается заглушка на выходе из каналов воздухозаборника, одновременно отстреливается стартовое сопло (1-й вариант).

С целью надежного включения прямоточного двигателя должны быть обеспечены соответствующие запасы тяги двигателя и устойчивости работы воздухозаборника, исключено излишнее торможение. Поэтому время задержки включения воспламенительного устройства прямоточного двигателя ограничено снизу и сверху.

На переходный процесс с ракетного на прямоточный режим работы оказывают влияние следующие факторы:

1) догорание остатков стартового заряда твердого топлива и тепломассовыделение с поверхности тепловой защиты камеры дожигания;

2) дополнительные потери полного давления в камере дожигания, связанные с процессом срабатывания заглушек воздухозаборника;

3) высота (расход воздуха), на которой происходит запуск (запас устойчивости воздухозаборника уменьшается с ростом высоты).

Рис. 2.8 Режим работы двигательной установки ракеты РПД на твердом топливе:

а – стартовый режим; б – работа РПД; 1 – ГГ; 2 – стартовый заряд твердого ракетного топлива; 3 – стартовое сопло; 4 – заглушка в входа камеру дожигания; 5 – сопловой блок ГГ; 6 – заряд твердого топлива с избытком горючего.

Рис. 2.9, Изменение давления в осесимметричном бессопловом РДТТ (д) и расчет­ные газодинамические параметры в плоском бессопловом РДТТ (б, горение по цилиндрической части канала):

1 - давление у переднего торца заряда; 2 - давление в выходном сечении цилинд­рической части канала; 3 — линии постоянства числа М; 4 – изобары.

РЕГУЛИРОВАНИЕ РДТТ

Регулирование РДТТ (рис. 2.10) возможно путем изменения площади критического сечения сопла, скорости горения топлива, площади горящей поверхности, а также с помощью комбинированных схем [26, 35].

Перемещение регулятора.Известным методом регулирования является изменение площади критического сечения сопла с помощью различных механических задвижек и клапанов.

Для степенной зависимости скорости горения от давления справед-Ёливо соотношение вида

,

при этом m/m_H0M .

Регулируемый двигатель может иметь несколько газоходов, и во всехили только в некоторых из них могут быть устройства для регулирования площади критического сечения сопла.

Вдув газа в критическое сечение сопла.Если вдувать вспомогательныйгаз по кольцу в критическое сечение сопла (или вблизи от него), то этот поток оттеснит внутрь основной поток и тем самым уменьшит площадь критического сечения на .

Проведя преобразования уравнения сохранения массы, получим

;

.

Газ для вдува в область критического сечения сопла с целью регулирования расхода может поступать либо из автономного источника, либо непосредственно из регулируемого двигателя. Этот способ мало эффек­тивен.

Вихревой клапан.Регулирование двигателя возможно с помощью вихревого клапана, включенного в газоход.

Такой клапан имеет периферийные каналы для ввода газа из газохо­да (оси каналов параллельны оси клапана), вихревую камеру с танген­циальными отверстиями для входа управляющего газа и центральное вы­ходное сопло.

При отсутствии управляющего потока газ проходит вихревую каме­ру без закрутки и истекает через выходное сопло. При этом давление
в РДТТ

,

где — коэффициент газодинамических потерь в дросселе на номи­нальном режиме.

Если регулирующий газ тангенциально поступает в вихревую камеру, то общий газовый поток закручивается, а образующаяся центробежная сила создает радиальный градиент давления в камере. Приэтом увеличи­вается давление на выходе из периферийных каналов и уменьшается при­ток газа из газохода.

Рис. 2.10. Управление горением заряда ТРТ в двигателе.

Экспериментальные расходные характеристики при постоянном дав­лении на входе в периферийные каналы (р_п = const) клапанов представлены в зависимости от относительного давления газа в канале управле­ния: р_у =р_у1р_п (табл. 2.5).

Таблица 2.5