экспериментов было установлено, что число Маха в сечении, где располагается граница скачков уплотнения при их проникновении внутрь сопла, может быть найдено из уравнения:
, (2.8)
где Мх число Маха в сечении границы скачков уплотнения;
о поправочный коэффициент.
После нахождения из этого уравнения числа Мх можем определить:
- местоположение сечения Х:
, (2.9)
- удельный импульс двигателя:
, (2.10)
- скорость потока рабочего тела в сечение Х:
, (2.11)
- температуру рабочего тела в сечении Х:
(2.12)
Обобщенно можно представить ТД процессы, протекающие в ЭРД с ВЧ нагревом рабочего тела, следующим образом (см. рисунок 17):
Рисунок 3. Схема электронагревного ракетного движителя
Запишем уравнение баланса энергии в интегральной форме для промежутка времени в предположении установившегося процесса работы двигателя:
, (2.13)
где Qрас потери энергии в двигателе, связанные с рассеянием ее в стенки камеры и сопла и др.;
Ср0, Сра изобарные теплоемкости рабочего тела соответственно при температурах рабочего тела на входе в камеру и на выходе из сопла, Дж/(кг*К);
Т0, Та - температуры рабочего тела соответственно на входе в камеру и на выходе из сопла, К;
w0, wа скорости потока рабочего тела соответственно на входе в камеру и на выходе из сопла, м/с.
Разделим все члены записанного уравнения на (), т.е. приведем его к удельной форме:
, (2.14)
Его можно записать иначе:
, (2.15)
где .
Связь параметров рабочего тела на срезе сопла с параметрами в камере определяется следующей зависимостью:
или
. (2.16)
С учетом допущения об идеальности рабочего тела:
. (2.17)
Исходя из предположения адиабатности течения, получим:
, (2.18)
хотя на самом деле течение является изоэнтропным, в данной формуле, так же как и в последующих, следует вместо k писать nиз, причем nиз
или
,
, (2.20)
,
.
Определим связь параметров рабочего тела в камере с площадью критического сечения сопла. Из уравнения:
, (2.21)
получим:
. (2.22)
Моделирование основных газодинамических процессов в ЭНД с ВЧ нагревом рабочего тела, в качестве которого использовались различные водород содержащие и водород не содержащие газы, осуществлялось с использованием вышеприведенных формул.
С использованием приведенных выше формул были проведены численные расчеты рабочих характеристик реактивного двигателя для рабочих тел (как водород содержащих Н2, NН3, Н2О, так и водород не содержащих СО2, N2, Не2, Аr). Все расчеты производились для одинаковых термодинамических параметров в камере двигателя, для одних и тех же геометрических размеров камеры и сопла, и баллонов системы хранения и подачи рабочего тела. Полеченные результаты расчета сведены в таблицу 2 и графически представлены на рисунке 4. На рисунке 4 представлены зависимости удельного импульса ракетного двигателя, массы необходимого рабочего тела, массы СХП этого рабочего тела, и суммарной массы СХП, и рабочего тела от рода рабочего тела (проще говоря, от М и к рабочего тела). Из этой зависимости вытекает вывод о преимущественном использовании в качестве рабочих тел веществ с низкой молекулярной массой. Одним из наиболее доступных и широко распространенных веществ с низкой молекулярной массой является молекулярный водород. Здесь же представлена зависимость массы потребного рабочего тела и массы необходимой для его хранения СХП баллонного типа от рода
Не нашли нужную работу? Закажи реферат, курсовую, диплом на заказ
рабочего тела.
Таблица 2
ПараметрГазВодо-
родГелийАм-
миакАзотВоз-
духАргонКсе-
нонХим. формулаН2Не2NН3N2ArXeМолекулярная масса, кг/моль2417282940131Газовая постоянная, Дж/(кг К)41572078,5489,06296,93286,69207,8563,466Показатель адиабаты1,41,661,291,41,41,661,66Удельный импульс, с5197,43191,519491388,81365,91010,6567,06Масса РТ, кг9,620315,6625,653636,60748,0580,76Масса СХП, кг212,64181,0289,51290,62390,339101,75115,86Масса всей системы, кг222,26196,68115,16126,62126,94149,8196,62
Из анализа этого графика следует, что по критерию минимальной массы системы хранения и рабочего тела наилучшим рабочим телом является аммиак. Однако следует принять во внимание тот факт, что в случае применения в качестве СХП водорода такой системы хранения как, например, хранение водорода в металлогидридах или в связанном состоянии, суммарная масса такой СХП рабочего тела водорода может быть снижена и станет ниже массы газобаллонной СХП других рабочих тел. Необходимо учитывать тот факт, что в отличие от аммиака, который является химически активным и, соответственно, требует для своих СХП использования дорогих конструкционных материалов и систем предотвращения утечки, и имеет достаточно низкий удельный импульс, не токсичный и не химически активный водород позволяет упростить структуру СХП.
Рисунок 4. Зависимости удельного импульса РД, массы необходимого рабочего тела, массы СХП этого рабочего тела, и суммарной массы СХП и рабочего тела от рода рабочего тела.
При использовании водорода в качестве рабочего тела мы можем достичь больших значений скоростей истечения (т.е. большего удельного импульса) и получить более безопасную систему с точки зрения хранения рабочего тела и эксплуатации двигательной установки. Кроме того при рассмотрении в качестве варианта нагрева рабочего тела в камере РД способа ВЧ нагрева следует учитывать тот факт, что для достижения наибольшего КПД процесса передачи энергии от ВЧ разряда к рабочему телу необходима полная или частичная ионизация, или активация последнего, что в случае аммиака представляет собой достаточно серьезную проблему.
1. Арлазаров М.С. “Гражданская реактивная техника создавалась так…”. Москва, 1976.
2. Баев Л.К. “Реактивные самолеты”. Москва, 1958.
3. Новиков А.А. “Реактивная техника в транспортной авиации”. Ленинград, 1963.
4. Безэлектродный разряд высокого давления. ЖТФ, №36, т.5, 1966г., с.913-919
5. Особенности развития импульсных СВЧ разрядов в различных газах. ЖТФ, №4, т.68, 1998г, с.33-36
6. Получение атомарного водорода в высокочастотном газовом разряде и масс-спектрометрическая диагностика процесса. ЖТФ, №5, т.67, 1997г., с.140-142
7. K.H. Groh, H.J. Letter. RIT 15 a medium range radio-frequency ion thruster.
8. А.Н.Пономарев "Советские авиационные конструкторы"
МОСКВА . Воениздат . 1990 г.
9. А.Н.Пономарев "Авиация на пороге в космос"
МОСКВА . Воениздат . 1971 г.
10. И.К.Костенко " Летающие крылья "
МОСКВА . Машиностроение . 1988 г
11. Г.Ф.Байдуков " Первые перелеты через Ледовитый океан . Из воспоминаний летчика ". МОСКВА . 1977 г.
Рефераты и/или содержимое рефератов предназначено исключительно для ознакомления, без целей коммерческого использования. Все права в отношении рефератов и/или содержимого рефератов принадлежат их законным правообладателям. Любое их использование возможно лишь с согласия законных правообладателей. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие или полученные в связи с использованием рефератов и/или содержимого рефератов.