ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Автоколебательные режимы работы двигателя из "Основы техники ракетного полета " Теперь мы остановимся на одном чрезвычайно важном явлении, которое нередко обнаруживает себя при испытаниях и отладке жидкостного ракетного двигателя. Речь пойдет об автоколебательных режимах, или о вибрационном горении. [c.139] Этот вопрос важен не только для двигателей. Он носит весьма оби ий характер. Принципы возникновения автоколебаний едины для процессов регулирования, для неисчерпаемого множества задач механики, электроники и радиотехники. В ракетной же технике, где мы имеем дело с глубоко автоматизированными автономно работающими системами, вопросы автоколебаний занимают особое место. Поэтому к автоколебательным режимам мы вернемся и в дальнейшем, когда будем обсуждать движение ракеты и принципы ее управления. Там же в общих чертах будет рассказано, с помощью каких приемов это явление исследуется и как можно предусмотреть опасность возникновения иежела- юльных автоколебаний. Пока же мы ограничимся только описательной стороной вопроса. [c.140] В механике под автоколебательными понимаются, вообще говоря, процессы, где отсутствует внешнее периодическое воздействие, а система сама, внутренним образом порождает периодичность изменения параметров состояния соответственно происходит периодическое потребление энергии от некоторого внешнего источника. [c.140] Автоколебательные режимы широко используются в инженерной практике. Наиболее очевидным примером управляемого автоколебательного режима является автомобильный двигатель внутреннего сгорания. Всасывание и сжатие карбюраторной смеси и последующее сжигание, расширение и выхлоп — типичный автоколебательный регулируемый процесс. Радиопередатчик, посылающий волны фиксированной частоты, тоже представляет собой образец технического использования автоколебательного процесса. Таких примеров из окружающей нас жизни можно привести очень много, и на иих не стоит останавливаться. Важно отметить другое. Имеется множество примеров того, как автоколебания возникают непредус.мотренным образом, нарушая нормальную работу системы, в результате чего возникает aвJ-рийная или близкая к тому ситуация. Так обстоит дело, в частности, и с жидкостным ракетным двигателем. [c.140] мы вибрационного горения были обнаружены при отладке еще первых твердотопливных боевых ракет второй мировой войны. Когда же на рубеже сороковых-пятидесятых годов широким фронтом развернулись работы над жидкостны.ми двигателями, то в скоро.м времени выяснилось, что и этот тип двигателей подвержен той же болезни с весьма сходными симптомами. Появление вибрационного режима в жидкостных двигателях порой заставало конструкторов врасплох, особенно когда автоколебания проявляли себя на стадии стендовых испытаний уже готовых, но еще не отлаженных двигателей. [c.140] Вначале все типы возникающих автоколебаний представлялись на одно лицо и лечились примерно одни.ми и теми же средствами. Мо как во врачебной практике только после длительной работы было установлено, что гриппозные заболевания бывают разными и для каждого вида нужна своя вакцина, так и при анализе автоколебаши было обнаружено, что существует несколько видов автоколебаний. Каждому соответствует свой механизм возникновения и свои приемы устранения. [c.141] Такое деление автоколебаний на виды и подвиды имеет в своей основе вполне определенные логические предпосылки. Автоколебательные режимы описываются замкнутой цепочкой дифференциальных зависимостей. Например, Л зависит от / , В — от В, В — от Г и, положим, Г зависит от Л. Если одному или нескольким из перечисленных параметров сообщить некоторое возмущение, все они будут каким-то образом изменяться во времени. В обычных, неавтоколебательных условиях произойдет нечто схожее с тем, что мы видим на спокойной глади озера параметры состояния поволнуются и вернутся к исходной норме. Но может быть и иное — амплитуда изменения каждого из пара.метров во времени станет увеличиваться. [c.141] В подобных рассуждениях не надо искать первопричину начала колебаний (это — распространенная ошибка) и переходить на схоластический спор, кто появился раньше — яйцо или курица. Кстати, автоколебательная биологическая система яйцо-курица-яйцо существует, пока курица несет достаточно яиц и пока из них, в свою очередь, достаточно много и своевреметшо появляется на свет и выживает цыплят. При благоприятных условиях такого рода автоколебания могут развиваться, пока окрул ающая среда не наложит своих ограничений. Тогда автоколебания стабилизируются. При неблагоприятных условиях автоколебания этой биологической системы будут затухать, а куриное племя может и вовсе исчезнуть. Словом, важна не первопричина начала автоколебаний. Она всегда найдется. Важно другое — каковы параметры замкнутой системы и способствуют ли они развитию или затуханию колебаний. [c.142] Анализ низкочастотных автоколебаний в ракете достаточно сложен. Массы топливных компонентов в баках поддерживаются упругими прогибающимися днищами. Имеется много других подвешенных масс. Сложна передаточная функция от давления на входе в насос к изменению тяги. Но когда анализируется подобная задача, цель совершенно ясна установить еш,е на стадии проектирования, следует ли опасаться возникновения автоколебаний, и если да, то какие меры необходимо принять для их устранения. [c.142] Заметим сразу, что система регулирования, которая была нами рассмотрена, в борьбе с такого рода автоколебаниями большей частью бессильна. Регулятор расхода и дроссель слишком инерционны. Они предназначены для сравнительно медленного изменения тяги и расхода. Система регулирования скорее са.ма способна создать свой собственный за.мкнутый контур с еще более низкими частотами автоколебаний. Но это уже вопрос необходимой настройки, что всегда предусматривается еще на стадии проектирования любой системы регулирования. [c.142] Второму типу колебаний свойственны частоты порядка от 50 до 300 Гц. Эта форма колебаний проявляет себя на огневых стендовых испытаниях двигателя и обусловлена главным образом обратным влиянием давления в камере на подачу. Если в камере по какой-то причине поднялось давление, то системой подачи это воспринимается как некоторое сопротивление. В результате снижается подача топлива, что, в свою очередь, с некоторым запозданием приведет к уменьшению давления в камере. Таким образом, возникает замкнутый контур взаимного влияния между камерой и подачей. А раз так, то система чревата возможным возникновением автоколебаний давление растет— расход падает, давление падает — расход растет. Решаю-ш,ее влияние на возникновение этого процесса оказывает запаздывание газообразования, т. е. время, протекающее от момента впрыска топлива до его превращения в продукты сгорания. [c.143] Для борьбы с автоколебаниями средних частот прибегают в основном к повышению перепада давления на форсунках. Эти.м ослабляется обратное влияние внутрикамерных кратковременных всплесков давления на работу системы подачи. Для смещения фаз колебаний расхода и давления иногда специально из.ме-няется длина одного или нескольких трубопроводов, подающих топливные компоненты к камере. [c.143] Пагубность высокочастотных автоколебаний заключается не только в том, что они могут вызвать резонансный эффект в тонкостенной конструкции камеры, но также в изменении структуры пристеночного слоя газа и в нарушении режима охлал дения. Если высокочастотные автоколебания возникли, то камера в таком режиме работы не выдерживает и секунды. [c.144] Мерой борьб1Л с высокочастотными автоколебаниями является выбор надлежащей длины камеры, установка внутренних перегородок, ограничивающих область раснространения волн, и изменение формы форсуночной головки. [c.144] Задача полного устранения вибрационных режимов достаточно сложна, но можно смело утверждать, что в настоящее время уже накоплен достаточный опыт борьбы с этим явлением, и современная тех1И1ка ракетного двигателестроения с этой задачей более или менее успешно справляется. [c.144] Вернуться к основной статье