Дроссельная и высотная характеристики двигателя

Характеристиками ЖРД называют зависимости тяги и удельного импульса от тех или иных параметров, меняющихся в процессе его работы. На тягу и удельный импульс ЖРД оказывает влияние изменение расхода топлива, давления окружающей среды, массового соотношения компонентов топлива и при определенных условиях скорость движения ракетного аппарата.

В настоящее время практический интерес представляют две характеристики ЖРД:

– дроссельная, показывающая изменение тяги и удельного импульса ЖРД в зависимости от расхода топлива (давления в камере сгорания) при постоянном соотношении компонентов топлива и давлении окружающей среды;

– высотная, показывающая изменение тяги и удельного импульса в зависимости от давления окружающей среды при постоянном расходе и соотношении компонентов топлива.

Дроссельные характеристики будем рассчитывать в предположении о неизменности качества процесса в камере и при учете отношения p_н/p_к, когда расход газа через камеру не зависит от давления окружающей среды, т. е. в критическом сечении скорость газа всегда равна скорости звука.

На рис. 17.1 и 17.2 показаны дроссельные характеристики тяги и удельного импульса проектируемого двигателя. Выделены характерные давления окружающей среды: по результатам расчета при давлении в 1 атм. тяга проектируемого двигателя составит 1000 Н, при выравнивании давлений на срезе сопла и атмосферы (70 кПа) тяга вырастет до 1050,2 Н. Значения удельного импульса составят 2064 м/c и 2168 м/c соответственно.

Расчеты проведены без учета влияния расхода на завесное охлаждение на уменьшение удельного импульса.

Рис. 17.1. Зависимость тяги от давления в КС для различного давления окружающей среды.

Рис. 17.2. Зависимость удельного импульса от давления в КС для различного давления окружающей среды.

Высотная характеристика. Будем рассматривать изменение параметров ЖРД не от высоты полета, а от давления окружающей среды. К тому же во все расчетные формулы входит именно давление окружающей среды, которое влияет на характеристики ЖРД.

Изменение давления окружающей среды влияет на основные параметры ЖРД — тягу и удельный импульс. Характер изменения последних зависит от ряда параметров ЖРД, которые должны выбираться таким образом, чтобы характеристики ЖАРД по траектории движения были наивыгоднейшими для ракеты, обеспечивали ей максимальную дальность при заданной массе или заданную дальность при минимальной массе.

В таблице 17.1 и рис. 17.3 приведены результаты расчета высотной характеристики двигателя на номинальном режиме его работы (p_k =1,6 МПа).

Результаты расчетов показывают, что на расчетном режиме максимальный удельный импульс составит 2245 м/c, при коэффициенте тяги 1,44. Расчеты проведены без учета влияния уменьшения удельного импульса при использовании завесного охлаждения.

Рис. 17.3. Высотная характеристика – зависимость удельного импульса и коэффициента тяги от высоты полета.

Таблица 17.1. Высотная характеристика двигателя.

Высота, км	Атмосферное давление, Па	Удельный импульс расчетный, м/c	Коэффициент тяги
		Iy(S)	KP
0,0	101 325	2146,6	1,3737
0,5	95 456	2165,6	1,3890
1,0	89 865	2183,3	1,4006
1,5	84 541	2200,0	1,4103
2,0	79 478	2215,2	1,4155
2,5	74 667	2231,2	1,4306
3,0	70 096	2245,9	1,4399
3,5	65 754	2259,4	1,4460
4,0	61 628	2272,3	1,4559
4,5	57 709	2285,0	1,4646
5,0	53 990	2296,5	1,4686
5,5	50 465	2308,1	1,4788
6,0	47 130	2318,1	1,4861
6,5	43 980	2328,3	1,4896
7,0	41 008	2337,5	1,4930
7,5	38 207	2346,9	1,5044
8,0	35 566	2355,3	1,5062
8,5	33 075	2362,8	1,5151
9,0	30 723	2370,5	1,5164
9,5	28 501	2377,4	1,5235
10,0	26 403	2384,2	1,5279
20,0		2467,8	1,5802