Процесс сгорания в камере сгорания ЖРД

ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ЖРД [c.282]

Особенности процесса сгорания в камере сгорания ЖРД [c.282]

Процесс сгорания в камере сгорания ЖРД существенно отличается от протекания его- в камерах н топках других тепловых машнн. [c.282]

Чувствительность времени запаздывания к условиям впрыска топлива и к процессам, протекающим в камере сгорания, является согласно гидродинамической теории основной причиной неустойчивости рабочего процесса в ЖРД. Поэтому одной из первых задач экспериментаторов является подтверждение теории путем непосредственного измерения времени запаздывания, выявление свойств этого параметра и его зависимости от условий в камере. [c.168]

При использовании другой модели процесса в газовом тракте (с полным мгновенным перемешиванием) для определения вариации соотношения компонентов в камере сгорания ЖРД типа газ — жидкость или во второй зоне двухзонного газогенератора введем понятие о среднем мгновенном значении массового соотношения компонентов (составе) газа, заполняющего г-й участок тракта, [c.174]

При больших температурах в камерах сгорания ЖРД и ТРД или при больших скоростях полета летательных аппаратов с ВРД температура торможения продуктов сгорания на входе в сопло может достигать 2500-3000°К. При таких температурах и умеренных давлениях продукты сгорания на входе в сопло частично диссоциированы. При их расширении и охлаждении в сопле вследствие конечности скоростей химических реакций процессы рекомбинации не успевают завершится и химическая энергия горючего, затраченная на диссоциацию продуктов сгорания в камере (или на входе в сопло), не полностью переходит в кинетическую энергию реактивной струи. Это приводит к возникновению потерь импульса сопла из-за химической неравновесности (А/хн ), что имеет место для относительно коротких реактивных сопел, когда время пребывания газа в соплах весьма мало (10 " -10 с) и изменение внутренней энергии и химического состава не успевает за изменением температуры и давления в потоке. Для сопел самолетов с умеренными сверхзвуковыми скоростями (Л4о 3) и длинных сопел ракетных двигателей в большинстве случаев можно считать, что процесс расширения продуктов сгорания происходит энергетически и химически равновесно. [c.89]

Жидкие топливо и окислитель подаются в камеру сгорания под давлением Р2- Поэтому вместо сжатия газообразного рабочего тела в ЖРД осуществляется сжатие жидких компонентов этого рабочего тела. Поскольку жидкость можно считать практически несжимаемой, то сжатие компонентов горючей смеси можно считать изохорным, а поскольку плотность жидкости гораздо выше плотности продуктов сгорания, то изохора 1-2 на рис. 10-42 изображена практически совпадающей с осью ординат. Изобара 2-3 соответствует процессу подвода тепла в камере сгорания, адиабата 3-4 — расширению в сопле. Изобара 4-1 (давление окружающей среды) замыкает цикл. [c.352]

Особенности конвективного теплообмена в ЖРД. Особенности конвективного теплообмена в ЖРД тесно связаны с особенностями протекания процессов в камере сгорания. [c.10]

Бурное развитие ВРД и ЖРД дало этим проблемам новые направления и вновь подчеркнуло актуальность изучения процесса распыливания топлива. Выход ЖРД на стационарный режим, энергетические и экономические его показатели, а также устойчивость всего рабочего процесса в значительной степени зависят от характера распределения топлива в камере сгорания. [c.100]

Общие представления о процессе в камере сгорания позволили выяснить, что, несмотря на сложность явлений, протекающих в камере ЖРД, можно выделить два основных явления, управляющих процессом. Первое из них носит гидродинамический характер и определяет стадию смешения компонентов, а второе определяет химические реакции топливных компонентов — собственно горение. Взаимодействие скоростей этих явлений и специфические особенности такого процесса связаны с диффузионной теорией горения, основные положения которой применительно к ЖРД изложены ниже. [c.131]

При стационарном режиме количество тепла, которое выделяется в камере сгорания за счет химических реакций, должно быть равно количеству тепла, выносимому продуктами сгорания из камеры. Нарушение этого равенства влечет за собой появление неустойчивых режимов. Метод исследований уровней стационарного процесса горения рассмотрен Семеновым в его классической тео-)ии теплового взрыва, а для ЖРД — в работах Вулиса [106], 115], [116]. [c.134]

В гл. VI было показано, что термодинамическая и газодинамическая картина процесса сгорания в ЖРД аналогична сгоранию в детонационной волне и изображается нижней ветвью адиабаты Гюгонио. На ней лежат термодинамически реальные стационарные режимы горения, определяемые газодинамическими состояниями потока в камере двигателя. [c.165]

Первый вид колебаний возникает в двигателях, которые работают при низких давлениях впрыска и низких давлениях в камере сгорания. С ростом давления в камере сгорания устойчивость системы растет и одновременно развиваются колебания высокой частоты. Эти наблюдения являются результатом уменьшения времени запаздывания. Экспериментами установлено, что частота колебаний в магистралях соответствует частоте колебаний давления в камере сгорания. Это обстоятельство указывает на то, что система ЖРД — динамическая система и при решении вопросов ее устойчивости необходимо учитывать характеристики отдельных ее звеньев. Частота колебаний процесса возрастает с ростом характеристической длины двигателя. [c.171]

Все ЖРД можно условно классифицировать по ряду признаков, например по назначению двигателя применяемым компонентам топлива особенностям системы подачи способам организации рабочего процесса в камере сгорания (КС) и т. п. [c.7]

Построение достаточно точной и полной теоретической модели различных физико-химических и гидродинамических явлений, в комплексе и взаимосвязи определяющих рабочий процесс в камере сгорания, повидимому, невозможно из-за отсутствия данных по многим элементарным механизмам взаимодействия [1]. Поэтому на практике применяется приближенное описание процессов в огневых агрегатах ЖРД. [c.85]

Статистические методы базируются на математическом аппарате теории вероятностей и математической статистики. Для ее использования необходимо формирование статистики измеряемых параметров в заданные, фиксированные моменты времени на стационарных режимах работы ЖРД. На переходных режимах работы ЖРД, вследствие быстротечности процессов, статистика формируется, как правило, не в фиксированные моменты времени, а в моменты достижения параметром (например, тягой или давлением в камере сгорания) заданных фиксированных значений. Статистические методы отбраковки недостоверной информации позволяют выявить и отсеять грубые и случайные погрешности измерений, нарушающих однородность статистики. [c.159]

Для управления полетом в ряде случаев тягу необходимо изменять в достаточно широких пределах и так как увеличивать тягу выше номинального значения больше чем 10% обычно сложно, то под глубоким регулированием ЖРД понимается, как правило, дросселирование (т. е. уменьшение тяги) ЖРД. При дросселировании ЖРД встречаются трудности с обеспечением высокой полноты сгорания и устойчивости процесса в камере сгорания и газогенераторе. Эти эффекты объясняются тем, что при уменьшении расходов компонентов в процессе дросселирования пропорционально квадрату расхода уменьшается и перепад давлений на форсунках, и вследствие этого ухудшается качество распыления и смешения компонентов в камере сгорания. Предложены конструкции специальных регулируемых форсунок, которые позволяют избежать трудностей, возникающих при дросселировании ЖРД [19]. Другой способ глубокого регулирования тяги в широких пределах основан на использовании двигательных установок, состоящих из нескольких ЖРД с разной тягой или с несколькими камерами сгорания. Регулирование тяги в этом случае осуществляется путем включения или выключения отдельных ЖРД или камер. [c.26]

Полученные в разд. 3.1 уравнения линейных математических моделей газового тракта с неизотермическим течением не связаны непосредственно с конструктивными особенностями конкретных агрегатов ЖРД с протоком газа и организацией процесса в них. В частности, в выведенных уравнениях для общности в качестве внешних возмущающих переменных использовались вариации расхода газа на входе и выходе участка тракта и вариации температуры на входе. Применительно к конкретным агрегатам ЖРД эти вариации оказываются связаны с вариациями других параметров ЖРД. Газ в агрегатах ЖРД образуется в процессе горения жидких и газообразных компонентов, которые поступают через форсунки из гидравлических и газовых трактов. Поэтому в качестве переменных, определяющих внешние воздействия со стороны входа на поток газа в камере сгорания и газогенераторе, удобно использовать вариации расходов жидких и газообразных компонентов через форсунки камеры. [c.163]

На рис. 7.3 представлены кривые переходных процессов для ряда параметров ЖРД с дожиганием окислительного газа. Для кривой вариации давления в камере сгорания Ьр, проведена оценка характерных времен переходного процесса — времени запаздывания Г3 и характерного времени перехода на новый режим определяемого пересечением касательной (штриховой линии) к кривой переходного процесса с прямой (штриховой линией), соответствующей новому уровню параметра. Для Ьр, Гз 0,01 с, а Г 0,03 с, а суммарное характерное время переходного процесса в ЖРД по давлению в камере сгорания приблизительно 0,1 с. Кривая переходного процесса по Ьр, носит достаточно сложный характер. [c.250]

Кроме автоколебаний (низкочастотных или акустических), связанных с работой системы регулирования, с рабочим процессом в камере сгорания и газогенераторе, возможна потеря устойчивости ЖРД в целом, при которой в колебательный контур, теряющий устойчивость, входят ряд агрегатов и частей ЖРД ТНА, газогенератор, соединяющие их трубопроводы и т. д. В формировании автоколебаний в контуре, теряющем устойчивость, определяющую роль играют процессы образования и распространения энтропийных волн по газовому тракту, а также крутильные колебания вала ТНА. Так как диапазон частот этих автоколебаний находится в области собственных и акустических (продольных) частот газовых и гидравлических трактов ЖРД, то при анализе устойчивости ЖРД все названные его агрегаты и части необходимо рассматривать как элементы с распределенными параметрами. Сами автоколебания условно будем называть колебаниями промежуточных частот . В данный термин вкладывается только тот смысл, что частоты этих колебаний больше частот обычных низкочастотных колебаний, связанных рабочим процессом в камере сгорания или газогенераторе с работой системы регулирования или с кавитацией в насосах, и ниже частот высокочастотных акустических колебаний в камере сгорания. [c.262]

Жидкие компоненты топлива подаются непрерывно из баков в камеру сгорания. Образующиеся в результате процесса сгорания газы, имеющие высокие температуру и давление, вытекают через сопло в атмосферу с большой скоростью и создают реактивную силу тяги. Камеры ЖРД имеют, как правило, сверхзвуковые сопла. Так как непрерывный массовый расход топ- [c.178]

Первая методика расчета лучистого теплового потока с максимальным учетом особенностей процессов, протекающих в камерах ЖРД, была разработана советским ученым Л.Ф. Фроловым в 1955 г. Ученому удалось провести серию уникальных опытов по измерению лучистого потока газов, обобщить полученные результаты и предложить соответствующую графоаналитическую и теоретическую информацию, позволяющую производить соответствующие расчеты. Отличительной особенностью этой методики было то, что она учитывала особенности излучения газов при температурах и давлениях, характерных для продуктов сгорания ЖРД. Ученый, в частности, показал, что излучение водяного пара с увеличением плотности растет, ко лишь до некоторого предела (до значения удельного веса, примерно [c.92]

Применительно к ЖРД это означало бы, что реакции рекомбинации в сопле не происходят и по соплу Течет газ постоянного состава такого же, как в камере сгорания. Показатель этого процесса, как и показатель адиабатического процесса, протекающего в инертном газе,, будет определяться показателем адиабаты к, вычисленным по составу продуктов в камере. Так как то работа расширения в [c.73]

Эта реакция осуществляется при получении генераторного газа путем вдувания паров воды в атмосферу окиси углерода над слоем раскаленного угля, отдающего тепло, необходимое для образования водорода, и называется реакцией образования водяного газа. Она имеет также важное значение и в процессах, протекающих в ка- мере сгорания ЖРД. Особенностью реакции водяного газа является то, что в отличие от реакций, ее составляющих, она проходит без изменения числа молей (объема). Следовательно, состав продуктов сгорания, если они образуются в соответствии с этой реакцией, не зависит от давления в камере сгорания. Указанное, обстоятельство снижает эффект повышения давления как меры, препятствующей диссоциации в камере сгорания ЖРД продуктов сгорания углеводородных горючих. [c.182]

Процессы, происходящие в ЖРД, сводятся к следующему. Топливо, состоящее из горючего и окислителя, насосом (или под давлением сжатого газа) подается в камеру сгорания. При этом давление топлива в насосе возрастает от ра до В р —0-диаграмме (рис. 14.7) этот процесс изобразится прямой, параллельной оси р. Объем, занимаемый топливом, откладывается по оси абсцисс вправо от начала координат. [c.173]

Первая особенность процесса сгорания в камере ЖРД— высокая тепловая напряженность объема камеры сгорания. Тепловая напряженность (теплонапряженность) объема камеры сгорания или топки измеряется количеством тепла, выделяющимся в единице объема в единицу времени. Обычно теплонапряженность обозначают буквой I) и выражают в размерности ккал1яНас. В ЖРД ее более удобно выражать в ккал л сек. [c.282]

Однако работа насосов в ЖРД в условиях кавитации является безусловно недопустимой из-за срыва подачи или резкого из-меиония ее. Возникновение кавитации обязательно приводит к нарушению правильного протекания процесса сгорания в камере и может вызвать взрыв двигателя. Поэтому работа насосов ЖРД иа Р жиме кавитации является совершенно недопустимой и насос дол- ен быть спроектирован так, чтобы кавитация в ием была бы Исключена. [c.405]

Не утомляя читателя наукообразностью и в то же время не упрощая реальных физических и технических проблем, автор последовательно анализирует физико-химические и механические характеристики топлив, процессы в камере сгорания и сопле на режимах запуска, установившейся работы и выключения, рассматривает проблемы неустойчивости горения, охлаждения и управления вектором тяги, описывает современные и перспективные схемы и конструкции ЖРД и РДТТ с учетом технологических аспектов их изготовления и иллюстрирует изложение примерами применения ракетных двигателей на ракетах-носителях и космических летательных аппаратах. В тех случаях, когда это возможно, автор рассматривает жидкостные и твердотопливные двигатели совместно, что нетипично для отечественной научной и учебной литературы, но весьма желательно для расширения кругозора и улучшения взаимопонимания между специалистами по ЖРД и РДТТ. [c.7]

Предложена программа расчета ЖРД с газообразными продуктами сгорания для установившегося режима работы и обычного сверхзвукового сопла [134]. В табл. 16 указаны учитываемые программой процессы и диапазоны свойственных им потерь. Расчеты базируются на двух подпрограммах — анализе двумерного течения в сопле с учетом кинетики химических реакций (TDK) и анализе турбулентного пограничного слоя (TBL). По первой рассчитывается удельный импульс для невязкого газа с конечными скоростями химических реакций. Подпрограмма позволяет учитывать две зоны с разным соотношением компонентов, а также неполное выделение энергии. Во второй рассчитывается влияние вязкости и теплопередачи в стенку камеры. Расчет носит итерационный характер в последовательности TDK- TBL- TDK и завершается определением удельного импульса (рис. 90). На рис. 91 графически представлены учитываемые виды потерь (интересно сравнить этот метод с аналогичной процедурой расчета удельного импульса РДТТ, которую иллюстрирует рис. 57). Эта программа пригодна для топлив, состоящих из следуюш их химических элементов углерод, водород, азот, кислород, фтор и хлор. Разработан метод расчета взаимосвязи полноты сгорания в камере с потерями в сопле. [c.170]

Собственные частоты системы подачи топлива или других узлов двигателя при динамических нагрузках определяют, возникнет ли неустойчивость с колебаниями той или иной частоты. Процесс горения можно изолировать от системы подачи увеличением перепада давления на форсунках. Если перепад давления на форсунках составляет примерно половину внутрикамерного давления, то низкочастотные колебания возникают редко. Использование демпфирующих устройств или согласование импедансов позволяет снизить требуемый перепад давления на форсунках до величин, меньших половины давления в камере сгорания при обеспечении устойчивой работы ЖРД. Изменения собственных частот системы питания можно добиться изменением длины или объема трубопроводов и коллекторов, а также установкой энергопоглощающих устройств типа четвертьволновых резонаторов или резонаторов Гельмгольца. Собственные частоты механических узлов можно изменять выбором других мест крепления или введением дополнительных креплений. Можно изменять и конструкцию камеры сгорания, чтобы уменьшить диапазон ее чувствительности к колебаниям низкой и промежуточной частот. Увеличение приведенной длины L или отношения длины к диаметру форсуночных каналов обычно повышает устойчивость [69]. Для ЖРД, работающих на водо- [c.174]

ЖРД с дожиганием топлива по сравнению с ЖРД без дожигания характеризую гея более глубокими взаимными связями между параметрами агрегатов и систем. Поагрегатный расчет с последующей стыковкой параметров агрегатов в схеме двигателя, применяемый при проектировании ЖРД без дожигания, требует для ЖРД с дожиганием большого числа последовательных приближений, что в значительной степени осложняет процесс проектирования двигателя. Выбор и расчет параметров ЖРД с дожиганием топлива выполняются на основании уравнения энергетического баланса. Под уравнением энергетического баланса понимается уравнение, характеризующее равенство потребляемых и располагаемых мощностей в системе подачи. Это уравнение включает в себя все основные параметры двигателя (давление в камере сгорания, температуру и перепад давления газа на турбине, гидравлические сопротивления охлаждающих трактов и элементов смесеобразования) и отражает влияние различных способов регулирования на эти параметры. [c.311]

Динамические характеристики ЭУТТ, управляемых изменением площади 1д>итического сечения (ние, степень перерегулирования тяги при переходе с одного стационарного режима работы на другой и длительность переходных процессов), велики по сравнению с подобными характеристиками ЖРД за счет наличия обратной зависимости между и давлением в камере сгорания, а также за счет большого изменяющегося по времени работы) свободного объема камеры сгорания. [c.54]

За 0,2 сек, до отделения S-I селектор последовательности операций приборного отсека выдает команду на запуск восьми РДТТ, установленных на нижнем переходнике S-II для осадки топлива. Менее, чем через 1 сек после разделения ступеней подается команда на запуск ЖРД ступени S-I1. Запуск ЖРД J-2 начинается с подачи энергии двум запальным свечам в газогенераторе и к воспламенителю в камере сгорания. Затем начинают работать 2 соленоидных клапана один для регулировки подачи гелия, другой для управления процессом воспламенения. Гелий используется для поддержания в закрытом положении перепускных клапанов, обеспечивающих начальное охлаждение топливных магистралей, продувки каналов окислителя в днище головки двигателя и каналов окислителя в газогенераторе. После этого открываются основной клапан горючего и клапан подачи окислителя в воспламенитель камеры сгорания. Таким образом создается факел в центральной части форсуночной головки. Начальная раскрутка турбин осуществляется с помощью сжатого газообразного водорода, хранящегося в пусковом баке. Спустя 0,64 сек. с момента подачи сжатого водорода на турбину, клапан пускового бака закрывается и включается основной соленоид управления, который прекращает продувку гелием газогенератора и открывает клапан подачи окислителя. Двигатель выходит на номинальный режим и подача энергии на запальные свечи прекращается. [c.21]

Низкочастотные внутрикамерные колебания возникают в камере сгорания и газогенераторе ЖРД при наличии процесса горения, и природа их возникновения, в первую очередь, связана с особенностями динамики процесса горения. При этом динамика процессов, протекающих в остальных агрегатах ЖРД (трубопроводах, насосах, регуляторах и т. д.), не оказьгоает на них существенного влияния. Этим низкочастотные внутрикамерные колебания отличаются от колебаний в отдельных контурах ЖРД (см. далее), на которые влияет динамика процессов в остальных агрегатах ЖРД. [c.15]

Реактивные системы )Т1равления (РСУ) летательными аппаратами обычно представляют собой многокамерный ЖРД с вытеснительной системой подачи. Основная особенность таких ЖРД с точки зрения динамики по сравнению с рассмотренными ранее типами ЖРД—это разветвленная трубопроводная система подачи в камеры сгорания жидких или газообразных компонентов и многократное, в том числе и периодическое, включение камер сгорания. Большие длины и разветвленность трактов, периодические режимы работы ЖРД способствуют возникновению в системе питания динамических явлений (гидроударов, резонансов и т. д.) и усложняют расчет динамических режимов этих систем. Динамика процессов в камерах сгорания описана ранее, а в данном разделе рассмотрены динамические процессы в разветвленных системах питания. [c.279]

В зоне развитого горения, где температура больше 24СЮ... 25(Х)К, скорости химических реакций очень велики и время, необходимое для их завершения, имеет порядок 10 ...10" с. Если сравнить это время со временем газификации жедких компонентов (10 с), то оно на два-три порядка меньше. Поэтому в условиях камеры сгорания ЖРД химические реакции не лимитируют процесс преобразования исходного топлива в ПС он определяется наиболее медленным процессом. В жидкостно-жидкостных и газожидкостных КС наиболее медленным процессом является процесс газификации жидких компонентов в газо-газовых КС из-за отсутствия жидких капель наиболее медленным процессом будет процесс перемешивания. Поэтому можно считать, что в КС ЖРД только что образовавшиеся объемы смеси, готовые к горению, мгновенно выгорают. [c.38]

В ЖРД жидкие компоненты топлива (горючее и окислитель) подаются из топливных баков под большим давлением в специальную камеру сгорания, где в результате химического взаимодействия выделяется тепло и образуются газообразные продукты реакции, обладающие высокими давлением и температурой. Эти продукты в процессе расширения в сопле до атмосферного давления приобретают высокую кинетическую энергию, а возникающая при этом сила реакции используется для перемещения летательного аппарата. В ЯРД первич1ным источником энергии служит тепло ядерной реакции, а рабочее тело, обычно водород, не изменяя своего состава, нагревается до значительной температуры и затем приобретает высокую кинетическую энергию в процессе истечения из сопла. В ракетных двигателях твердого топлива используются в качестве рабочего тела твердые топлива, имеющие в своем составе горючие и окислительные компоненты, размещенные в камере сгорания. Время работы РДТТ ограничено запашм этого топлива. [c.9]

Одним из результатов работы, проведенной в конце 1960-х гг. американской Межведомственной комиссией по ракетным двигателям на химическом топливе RPG, стало признание того, что экономичность, устойчивость и работоспособность ЖРД взаимосвязаны. Такой вывод был сделан на основании анализа дробления, испарения и горения распыленного топлива, который стал отправной точкой для поиска технических решений в этих трех направлениях. В результате появилась возможность оптимизировать процесс выбора конструкторских решений, сократив тем самым период разработки и уменьшив массу двигателя. Большинство ЖРД, разработанных до 1970 г., создавались методом проб и ошибок. Случалось, что до нахождения оптимальной конструкции приходилось опробовать до 100 вариантов смесительной головки. Обычно лишь после достижения требуемого уровня экономичности и обеспечения устойчивой работы начинались поиски способов обеспечения требуемого ресурса. Поэтому разработанные ранее ЖРД (эксплуатация некоторых из них еш е продолжается) имели неоптимальное соотношение компонентов топлива, в них использовались специальные устройства для повышения устойчивости, а масса конструкции оказывалась завышенной. Маршевый двигатель ВКС Спейс Шаттл и экспериментальный ЖРД с кольцевой камерой сгорания и центральным телом стали первыми двигателями, разработанными с применением новых методов. Рабочие характеристики ЖРД определяются выбором установочных параметров, к которым относятся свойства компонентов топлива и технические требования к системе подачи топлива, смесительной головке и камере сгорания. Исходя из них, можно рассчитать полноту сгорания, удельный импульс, устойчивость горения и температуру стенки камеры. Достигнутый удельный импульс, как и для РДТТ, представляет собой разницу между термодинамическим потенциалом топлива и потерями, сопутст-вуюш.ими его реализации. Динамическая устойчивость определяется балансом между причинами, вызываюш ими внутрика- [c.164]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...