ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Задачи и методы термодинамического расчета из "Основы техники ракетного полета " Преобразование химической энергии в тепловую, а затем в кинетическую представляет собой довольно сложный процесс. Он нуждается в оптимизации и в достоверных числовых оценках, что и составляет предмет того поиска, который обобщенно именуется термодинамическим расчетом двигателя. [c.213] Создание достаточно точных методов термодинамического расчета относится к большим достижениям ракетной техники. Суть расчета не только в том, чтобы получить исчерпывающие рабочие характеристики проектируемого ракетного двигателя. Задачи его значительно шире. [c.213] Освоение методов термодинамического расчета поставило на научную основу задачу выбора топлива и в определенной мере освободило ракетную технику от обременительных модельных испытаний. Появилась возможность расчетным путем определить удельную тягу, не заботясь, в частности, о том, созданы, или нет предпосылки для промышленного производства исследуемого топлива. Такое расчетное предвидение имеет громадное значение для стратегии технического развития. Мы уже говорили, что создание новых мощных ракет-носителей приводит в движение многие отрасли промышленности, в том числе и химическую, и затрагивает экономику в общегосударственном масштабе. Если топливо оказывается перспективным и его применение сулит решение новых, доселе не решавшихся задач, тогда естественно возникает вопрос, в каком количестве следует производить это топливо, каковы необходимые мощности, капитальные затраты и, наконец, — где еще, кроме ракетной техники, могут оказаться потребляемыми новые производимые в промышленном масштабе вещества. Это — уже не только техника и экономика, но и политика, во всяком случае, — техническая. Но так илп иначе, решению подобных глобальных задач предшествует всесторонняя инженерная оценка достигаемого эффекта, и здесь нельзя недоо11,снивать возможностей и роли оперативного расчетного определения свойств и характеристик перспективных топлив. [c.214] При термодинамическом расчете двигателя химический состав и теплоты образования топливных компонентов и продуктов предполагаются заданными. Заданным считается и давление в камере. Необходимо определить количество выделившегося при горении тепла, а оно связано с составом образующихся газов. Следовательно, первым этапом термодинамического расчета является определение условий равновесного состояния в камере сгорания, для чего необходимо прежде всего представить качественную картину возникающих реакций. [c.214] Каждая из констант сложным образом зависит от искомой температуры. К этим семи уравнениям добавляется еще три уравнения соотношения масс элементов. Они отражают неизменность пропорции между массами кислорода, водорода, углерода и азота при переходе от топлива к газовой смеси. [c.215] В настоящее время не только выработаны экономные методы решения подобных уравнений, но имеется множество универсальных программ для решения этих задач в самом общем виде. Более того, сейчас, по-видимому, вполне можно было бы даже организовать соревнование программ для теплового расчета топливных смесей, подобно тому, как это уже не раз делалось для играющих в шахматы программ. Пусть не обижаются любители этой игры, справедливо считающие свою задачу куда более сложной. Сходство есть, и вполне определенное. С увеличением числа химических элементов, находящихся в топливе, резко усложняется комбинаторика образующихся и диссоциирующих веществ. Как и в шахматах бессмысленно, или во всяком случае — нерационально, перебирать все формально возможные ходы, так и в термодинамическом расчете было бы бессодержательным вычислять парциальное давление каждого, скажем, из двухсот веп еств, приходящихся на десять исходных химических элементов. Машина, а точнее — программа, должна заранее суметь выбросить из рассмотрения такие вещества, парциальное давление которых измеряется ничтожно малыми величинами, лежащими за пределами точности расчета. [c.216] Но каким бы путем ни определялся химический состав газовой смеси, полученные для камеры сгорания параметры необходимо пересчитать затем на критическое и выходное сечения сопла по условию неизменной энтропии в предположении адиабатического процесса. По найденной скорости истечения определяется затем и удельная тяга. [c.217] Таким образом, термодинамический или тепловой расчет двигателя рассматривает по существу квазистатическую задачу. Анализируется совокупная последовательность равновесных состояний, хотя по существу, конечно, все то, что происходит в камере, — единый процесс, протекающий во времени, — процесс, для которого характерно изменение скорости потока и запаздывание химических реакций (пусть, незначительное, — но запаздывание) по отношению к изменяющимся параметрам газовой смеси. Но для того, чтобы решать такие задачи в полной динамической постановке, потребовалось бы, конечно, поднять теорию и технику термодинамического расчета на более высокий уровень. Таким образом, все сказанное о важности теплового расчета, оставаясь бесспорно верным, все же сохраняет в себе признаки очевидного отставания от желаемого совершенства. [c.217] Вернуться к основной статье