Термодинамические процессы, протекающие в камере электронагревного движителя

    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 Q_рас –потери энергии в двигателе, связанные с рассеянием ее в стенки камеры и сопла и др.;

    С_р0, С_ра – изобарные теплоемкости рабочего тела соответственно при температурах рабочего тела на входе в камеру и на выходе из сопла, Дж/(кг*К);

    Т₀, Т_а - температуры рабочего тела соответственно на входе в камеру и на выходе из сопла, К;

    w₀, w_а – 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 n_из, причем n_из<k.

    Исходя из вышеприведенных формул, имеем:

.                                       (2.19)

    Связь параметров рабочего тела в критическом сечении сопла с параметрами в камере:

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.

 

Заключение

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 рабочего тела.

Таблица 2

Параметр