 |
Статические характеристики ТГ
|
|
|
|
Устойчивая работа ТГ обеспечивается действием закона сохранения массы - равенством газоприхода и расхода при постоянном давлении. Чем выше уровень давления, тем больше скорость горения топлива.
Не затрагивая, на начальном этапе изучения, рассмотрение переходных процессов, стационарная работа ТГ описывается в соответствии с законом сохранения массового расхода: массовый секундный газоприход равен массовому секундному расходу газа:
где:
- cекундный массовый приход и расход газа в ТГ.
Закон, выражающий зависимость скорости горения топлива от давления, для различных составов подчиняется следующим соотношениям:
Более универсальным для большинства современных рецептур является степенной закон зависимости скорости горения топлива от давления.
В нём:
u – скорость горения (разложения) топлива,
u1 – коэффициент чувствительности скорости горения к начальной температуре заряда,
Р – давление газа,
n - показатель степени в законе горения топлива.
В зависимости от размера фракций компонентов топлива показатель степени n = 0,4…1,2. При этом переход n через «1» характеризует неустойчивый режим работы топлива. Несмотря на неустойчивость работы топлива, его динамические качества (быстродействие) при этом улучшаются.
Коэффициент чувствительности u1 к температуре заряда tз изменяется по линейному закону и находится для tз = 0…35°С в пределах u1 =0,01…0,015.
Расчёт поверхности горения топлива S следует проводить, используя минимальную величину u1min =0,01 с тем, чтобы при работе заряда ТГ были гарантированно обеспечены требуемые минимальные энергетические показатели газа (
).
Расчёт конструктивных, геометрических параметров заряда начинается с расчёта поверхности горения S, которая входит в формулу для газоприхода в виде:
|
|
|
где удельный вес топлива g =1,55∙10-3 кГ/см3 – для большинства марок.
Длина заряда L определяется в условиях эксплуатации заряда твёрдого топлива при максимальной температуре окружающей среды, т. е. при максимальных скорости горения и газоприходе для реализации минимального времени работы заряда τз:
Таким образом, масса заряда оценивается из очевидного выражения для заряда цилиндрической формы по соотношению:
Разброс давления Pmin…Pmax определяется диапазоном температуры эксплуатации и степенью стабильности критического сечения сопла (для ТНА) или условного критического сечения (для ВА и АПМНА), а также регулировочной характеристикой газового клапана в схеме с ВА.
Давление в камере сгорания ТГ устанавливается в соответствии с законом сохранения расхода в потребителе (сопло, газовый мотор, объёмный расход в вытеснителе) и определяется из соотношения Бори:
где:
А =(8…10)∙10-3 с-1 – коэффициент истечения газа в потребителе,
s - площадь проходного сечения сопла или условное эффективное сечение потребителя газа.
Если уравнение Бори представить в координатах расход – давление, то анализировать внутрибаллистические процессы в ТГ удобно, рассматривая взаимное расположение и пересечение газоприходных и расходных кривых. На рис. 2.4 представлены указанные кривые для показателей степени в законе горения а) n<1 и б) n>1.
| а)n<1 |
| б)n>1 |
|
 
|
|
|
|
|
| ОО |
| О |
|
|
Рис. 2.4. Иллюстрация режимов работы топлива
На графике а) представлен случай устойчивой работы топлива, когда любому отклонению давления от точки пересечения приходной и расходной кривых при действии возмущающих факторов соответствует возврат давления в исходное положение, обусловленный либо превышением расхода над приходом при увеличении давления либо превышением прихода над расходом при снижении давления.
|
|
|
На графике б) представлен случай неустойчивой работы топлива, когда при снижении давления наблюдается превышение расхода над приходом газа, что приводит к прекращению процесса горения. В случае увеличения давления от точки пересечения кривых наблюдается превышение прихода над расходом, в результате чего происходит неуправляемый рост давления в камере сгорания ТГ и разрушение последней.
Для обеспечения устойчивой работы топлива при n>1 в случае отклонения давления от значения в точке пересечения кривых прихода и расхода необходимо организовать отрицательную обратную связь по изменению площади критического сечения потребителя (при увеличении давления – уменьшение критического сечения (пунктир на б) и наоборот). При реализации отрицательной обратной связи по расходу для n>1 обеспечивается, наряду с устойчивой работой топлива, высокое быстродействие переходных процессов изменения давления в камере сгорания, что обусловливает создание предпосылок для возможности реализации управляемых двигателей глубокого регулирования тяги (расхода) на твёрдом топливе в условиях непрерывной работы топлива. Работа топлива в условиях регулирования расхода соответствует экономичному режиму с обеспечением минимальных энергетических потерь.
В случае использования ТТГГ для привода газовых двигателей насосных агрегатов, вытеснительных систем оптимальным является применение твёрдого топлива с n<1 (0,5…0,65).
|
|
|
