ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные элементы теории реактивной тяги из "Механика сплошной среды. Т.2 " Классическим типом реактивного двигателя является ракетный двигатель. [c.122] Если отношение р 1ро 1, то на выходе из сопла скорость истечения дозвуковая если р /ро 1 К то возникнет сверхзвуковая струя (при применении сопла Лаваля). [c.122] Знак минус перед скобкой показывает, что при положительном значении выражения в скобках вектор Е направлен против направления внешней нормали и- к 5 и, следовательно, действительно имеется тяга. [c.123] Здесь Су — средняя теплоемкость при постоянном давлении продуктов горения — полное удельное теплосодержание при исходной начальной температуре композиции топливных компонент, подаваемых в камеру сгорания ) й — полное теплосодержание при той же начальной температуре продуктов химической реакции (соответственно при полном или неполном сгорании, в зависимости от организации процесса горения) А — соответствующая теплота реакции, рассчитанная на единицу массы газа, истекающего через сопло ). [c.125] Теплосодержание, так же как и внутреннюю энергию, для данной системы компонент топлива и, соответственно, продуктов горения можно рассматривать с точностью до аддитивной постоянной. Использование для газа (продуктов реакции) формулы I = СрТ, где Т — температура адиабатического торможения, связано с определенным фиксированием этой аддитивной постоянной. [c.125] Во многих практически важных случаях, особенно при применении жидких топлив при низкой температуре (например, жидкий кислород и водород), в современных двигателях имеет место неравенство А. [c.125] В таблице представлены некоторые данные о применяемых и перспективных топливах. Из таблицы видно, что водород и литий являются высококалорийным топливом. С механической точки зрения наибольшее преимущество по сравнению с кислородом имеет фтор. Однако фтор ядовит и химически очень агрессивен. Значительное выделение теплоты получается при рекомбинациях атомов кислорода и водорода. [c.126] Если сгорание заканчивается до критического сечения сопла и можно пренебречь теплоотдачей, то Т — Т . Из формулы для расхода О ясно, что величины О я р практически пропорциональны. [c.127] Регулированием подачи топлива в камеру сгорания можно менять давление торможения. [c.127] При р ро (р имеет порядок 50—100 атм, Ро 1 атм на Земле и ро ж 0 на большой высоте) второй член в скобках в (10.5) мал по сравнению с первым. [c.128] Скорость истечения в реактивной струе зависит от теплоты горения и от показателя адиабаты Пуассона у продуктов горения. [c.128] Из (10,5) следует, что при ро 0 тяга пропорциональна расходу О или давлению торможения р, все потери в давлении торможения — это прямые потери в тяге. [c.128] Регулирование расходом давления торможения р равносильно регулированию тяги. [c.128] Из двух последних формул ясно, что удельная тяга существенно зависит от калорийности топлива, т. е. от величины г , от перепада давления р /р в двигателе и довольно чувствительно зависит от показателя адиабаты Пуассона у продуктов горения. Из формулы для Вуд в случае расчетного сопла вытекает, что при прочих равных условиях удельная тяга растет с ростом у. (Для атомарных газов у = 5/3, для газов с молекулярным строением, молекулы которых имеют повышенное число степеней свободы, имеем 1 / у 5/3.) Очевидно, что удельная тяга ракетного двигателя совсем не зависит от скорости полета и слабо зависит от высоты полета (через величину р ). При увеличении высоты полета давление р сохраняется, а давление ра падает, поэтому удельная тяга несколько возрастает за счет уменьшения ро. [c.129] В приведенной выше таблице указаны расчетные удельные тяги различных комбинаций топлив стехиометрического состава для идеальных процессов в двигателе при полном сгорании и при обратимом процессе истечения из сопла для перепада давления р /р = 1/100. Из этой таблицы следует, что получение большой удельной тяги связано не только с большим тепловыделением при горении. Например, гидразин с кислородом имеет лучшую удельную тягу, чем этиловый спирт с кислородом,— это связано с различными свойствами молекулярного состава продуктов горения. [c.129] В перспективных двигателях эти показатели могут быть лучшими. Удельные тяги на высоте могут быть большими. [c.129] Ракетные двигатели легки, могут работать в пустоте и способны развивать в течение короткого времени очень большие тяги, практически недостижимые для двигателей других типов. Например, в настоящее время имеются жидкостные ракетные двигатели с одним соплом, развивающие в полете тягу до 800 Т. На больших современных космических ракетах на первой ступени ставится несколько таких двигателей. Существуют ракетные двигатели на твердом топливе, которые развивают тягу в несколько тысяч тонн. [c.130] При полетах в атмосфере Земли в качестве окислителя можно использовать атмосферный кислород. Забираемый для этой цели из атмосферы воздух вместе с топливом, имеющимся на борту летательного аппарата (в перспективе вместо энергии горения для подогрева рабочей среды можно использовать энергию ядерных реакций), можно использовать для образования реактивной струи, создающей тягу. Важно, что обычно в рабочем газе вес воздуха значительно превышает вес топлива. Этот процесс непосредственно осуществляется в воздушно-реактивных двигателях (ВРД). Атмосферный воздух используют также в поршневых и газотурбинных двигателях, в которых энергия продуктов горения с помощью турбины преобразуется в механическую энергию, используемую в свою очередь для вращения винта (компрессора), передающего механическую энергию воздуху или воде для создания реактивной струи, обусловливающей появление тяги. [c.130] Подобно к.п.д. цикла Карно (см. гл. V) можно ввести идеальный к.п.д. двигателя. Идеальный к.п.д. вводится с целью получения критерия, который поэволил бы дать оценку возможных пределов наивыгоднейшего использования подводимой энергии и степени приближения к этому пределу при работе в практически осуществляемой конструкции. Как известно из термодинамики, идеальный к.п.д. меньше единицы. Идеальный к.п.д. достигается при идеальном обратимом процессе. Действительный к.п.д. вследствие неизбежной необратимости явления всегда будет меньше, чем идеальный. Однако в ряде случаев в правильно сконструированных машинах можно подойти к идеальным условиям весьма близко. Величина отклонения действительного к.п.д. от идеального характеризует техническое совершенство машины. Характеристики идеального двигателя могут послужить указанием для выбора основных параметров при проектировании двигателей и для правильных способов организации процесса их работы. Значения идеального к.п.д. [c.131] На рис. 60 представлена схема установившегося движения воздуха относительно летательного аппарата с воздушно-реактивным двигателем. На этом рисунке заштрихованы условно изображенные элементы конструкции двигателя и летательного аппарата, пунктиром проведены линии тока частиц воздуха, принимающих непосредственное участие в энергетическом взаимодействии с элементами двигателя, сплошными линиями — линии тока частиц воздуха, которые непосредственно не получают внешнюю (тепловую или механическую) энергию от топлива или подвижных элементов конструкции двигателя или движителя (например, винта). Совокупность первых линий тока, простирающаяся от —оо до -(-оэ, условно назовем внутренним потоком, а совокупность вторых — внешним потоком. [c.132] Вернуться к основной статье