Истечение материала

Реактивная сила прямо пропорциональна скорости истечения продуктов реакции из сопла ракеты и их массе, отнесенной к времени. Экономия в расходе массы может быть достигнута за счет увеличения скорости истечения продуктов реакции, а увеличение реактивной силы при неизменной скорости истечения продуктов реакции — за счет увеличения ежесекундного расхода массы.

где и - относит, скорость истечения продуктов сгорания из сопла РД, /т? - нач. масса топлива, Мр - масса ракеты без топлива. Отношение /77//V/P наз. числом Циолковского. Ц.ф. показывает, что возможности ракеты в первую очередь определяются удельным импульсом тяги РД и совершенством её конструкции. ЦИРКОН (нем. Zirkon, франц. zircon, от перс, заргун - золотистый; по золотисто-жёлтой окраске разновидности, известной под назв. жаргон) -минерал, силикат циркония, Zr[SiO4], нередко с примесью иттрия, редко-зем. элементов, гафния (до 16% НГОг),"тория, урана (мал акон, цир-толит) и др. Цвет буровато-жёлтый. Тв. 6,5-8; плотн. 4000-4900 кг/м3. Часто радиоактивен. В осн. цирконовый концентрат применяется в качестве формовочных песков при точном литье; как сырьё для огнеупорной и керамич. пром-сти. Ц.- гл. руда1 для получения циркония и его оксида, а также осн. источник получения гафния. Чистые прозрачные тёмно-красные (гиацинт) и жёлтые (жаргон)

и — относит, скорость истечения продуктов сгорания из сопла ракетного двигателя, m — нач. масса топлива, М — масса ракеты без топлива. Отношение m/М наз. числом Циолковского.

странстве Циолковским предусматривалось применение газовых рулей и поворотного сопла камеры сгорания реактивного двигателя), а для стабилизации положения ракеты относительно ее центра тяжести предлагалось использование гироскопического эффекта быстро вращающихся маховиков, нашедшего широкое применение во всех современных автономных системах стабилизации и управления полетом ракет. Для получения возможно большей скорости отброса (истечения) продуктов горения из сопла реактивного двигателя рекомендовались в качестве компонентов топлива жидкие кислород и водород, используемые достаточно широко в современном ракетостроении. Для принудительного охлаждения стенок камеры двигателя и поверхности ракеты при ее движении в плотных слоях атмосферы признавалось целесообразным использование одного из топливных компонентов. Наконец, отмечалось, что в дальнейшем в ракетной технике будет возможным применение энергии спонтанного (самопроизвольного) распада радия. Теперь, когда в некоторых странах предпринимаются попытки разработки опытных образцов ракетных двигателей, использующих энергию деления ядер атомов тяжелых элементов, мы можем лишь восхищаться блестящим даром научного предвидения выдающегося ученого.

Важнейшим результатом исследования был вывод основной формулы ракетодинамики — движения тела переменной массы под действием реактивной силы в условиях отсутствия внешних сил (анализ движения тела переменной массы был также сделан в 1897 г. русским ученым И. В. Мещерским). Формула выражает зависимость между скоростью истечения продуктов сгорания (с), отношением массы топлива (Af2) к массе конструкции ракеты (Mj) и конечной скоростью ракеты (v):

Формула, получившая имя Циолковского и позже в различных видах выведенная многими другими авторами, по существу, определила всю проблематику практической жидкостной ракеты (намеченную уже в работе Циолковского): поиск высокоэффективных топлив (с высокой скоростью истечения), оптимальную организацию горения топлива и истечения продуктов сгорания (с целью повышения КПД), достижение минимального веса конструкции ракеты при заданном запасе топлива (повышение отношения масс, или числа Циолковского) и т.д. В работе 1903 г. Циолковским был сделан также вывод формулы движения ракеты в условиях действия силы тяжести (при вертикальном и наклонном подъемах). Эта формула, по существу, определила другой класс аналитических задач ракетодинамики — поиск оптимальных режимов полета и траекторий.

Анализ характеристик ракетного двигателя предполагает расчет следующих параметров: тяги Fy эффективной скорости истечения продуктов сгорания из сопла иэфф, коэффициента тяги CFj характеристической скорости с* и удельного импульса /уд. При рассмотрении идеализированной одномерной схемы камеры сгорания параметры рабочего процесса можно выразить через температуру адиабатического горения в камере Тк, среднюю молекулярную массу М выхлопных газов и показатель адиабаты (отношение удельных теплоемкостей) «у, а также через соответствующие величины давления и площади сопла в критичес-кс м и выходном сечениях.

ла и ее размер следует выбирать такими, чтобы свести к минимуму «разгар» сопла и обеспечить давление в камере с отклонениями не более 10% по отношению к рабочему давлению в полномасштабном РДТТ. В модельном двигателе используется коническое сопло с полууглом раствора 15±0,5° и степенью расширения, несколько меньшей оптимального значения, для обеспечения безотрывного истечения продуктов сгорания. Израсходованную в процессе сгорания массу определяют, взвешивая двигатель до и после опыта. Наиболее подходящая масса модельного двигателя составляет около 25 кг. Для моделирования малоразмерных натурных РДТТ диаметром меньше 75 см можно использовать модельные двигатели меньшей массы (от 2,5 до 5 кг). Для моделирования крупногабаритных натурных двигателей используются их точные копии в уменьшенном масштабе. Чтобы оценить вклад инертных элементов (теплоизоляционных материалов, ингибиторов) в характеристики РДТТ, используют разные подходы; согласно одному из них, применяемому на практике, считается, что удельный импульс инертных материалов вдвое меньше удельного импульса топлива.

На основе имеющихся данных о влиянии таких параметров, как скорость горения, отношение внешнего диаметра заряда к внутреннему и показатель степени в законе скорости горения, на свойства топлив с пониженной дьшностью и металлосодер-жащих ТРТ можно прогнозировать характеристики ракет. Табл. 11 содержит данные для ускорителя диаметром 0,078 м с номинальной длиной 1,15 см, снаряженного топливом с пониженной дьшностью (базовый вариант). Такой ускоритель в бессопловом варианте, снаряженный топливом с вдвое большей скоростью горения, повышенной на 3% скоростью истечения продуктов сгорания и средним удельным импульсом, составляющим 83% импульса, создаваемого ускорителем с сопловым блоком, был бы легче на ~2 кг.

Анализ характеристик ракетного двигателя предполагает расчет следующих параметров: тяги Fy эффективной скорости истечения продуктов сгорания из сопла иэфф, коэффициента тяги CFj характеристической скорости с* и удельного импульса /уд. При рассмотрении идеализированной одномерной схемы камеры сгорания параметры рабочего процесса можно выразить через температуру адиабатического горения в камере Тк, среднюю молекулярную массу М выхлопных газов и показатель адиабаты (отношение удельных теплоемкостей) «у, а также через соответствующие величины давления и площади сопла в критичес-кс м и выходном сечениях.

ла и ее размер следует выбирать такими, чтобы свести к минимуму «разгар» сопла и обеспечить давление в камере с отклонениями не более 10% по отношению к рабочему давлению в полномасштабном РДТТ. В модельном двигателе используется коническое сопло с полууглом раствора 15±0,5° и степенью расширения, несколько меньшей оптимального значения, для обеспечения безотрывного истечения продуктов сгорания. Израсходованную в процессе сгорания массу определяют, взвешивая двигатель до и после опыта. Наиболее подходящая масса модельного двигателя составляет около 25 кг. Для моделирования малоразмерных натурных РДТТ диаметром меньше 75 см можно использовать модельные двигатели меньшей массы (от 2,5 до 5 кг). Для моделирования крупногабаритных натурных двигателей используются их точные копии в уменьшенном масштабе. Чтобы оценить вклад инертных элементов (теплоизоляционных материалов, ингибиторов) в характеристики РДТТ, используют разные подходы; согласно одному из них, применяемому на практике, считается, что удельный импульс инертных материалов вдвое меньше удельного импульса топлива.

Нормальное' истечение материала из бункера зависит от углов наклона к горизонту стенок (граней) и рёбер бункера. При проектировании бункеров наименьший угол а наклона стенок к горизонту (см. фиг. 179) принимается

и — истечение материала, истинный; к — канал;

Попутный поток газа способствует истечению сыпучего материала, а встречный препятствует ему. В вертикальном канале с открытым концом истечение материала должно прекратиться, когда' противодавление АР становится настолько большим, что встречный поток газа уравновешивает столб материала в перетоке, т. е. наступает псевдоожижение. Тогда твердый материал в перетоке не может ограничить поток газа, так как сопротивление псевдоожиженного слоя практически не возрастает с увеличением скорости фильтрации. В итоге возникает прорыв газа сквозь переток («пробой» перетока) и прекращение работы всей установки. О «пробое» перетоков при наступлении в них псевдоожижения сообщалось, например, •в [Л. "331].

В заключение отметим, что все упомянутые формулы истечения требуют поправок в случае загрязнения сыпучего материала тонкодисперсными добавками. Опыты [Л. 412] показали, что добавка к идеально сыпучему материалу сравнительно небольших количеств тонкодисперсных и уже потому плохо сыпучих порошков может сильно ухудшить и даже прекратить гравитационное истечение материала. Так, для смеси песка (716 мкм) с летучей золой (19,4 мкм) снижение массового расхода начиналось при относительной концентрации золы в смеси около 20%, а для смеси песка (716 мкм) стон-кодисперсным целитом (3>2 мкм) — уже при 3,6% целита. Оказалось, что эти составы смесей примерно соответствуют «насыщению»

Автором (Л. 341] было исследовано также истечение сыпучего материала из вертикального переточ-.ного канала через боковое отверстие в его нижней части. Экспериментальная установка (рис. 6-39) состояла из вертикального канала, резервуара и вспомогательной трубы. Вертикальный канал-переток имел сечение 33X33, 50X50, 33X60 или 65x65 мм. Истечение материала в резервуар .происходило через сменные диафрагмы (каждая с отверстием диаметром от 10 до 30 мм). Резервуар, в котором создавалось противодавление истечению до + 5000 н/м2, имел .сечение 100X100 и высоту 1 000 мм. Вспомогательная труба служила для поддержания в вертикальном канале постоянного уровня материала, давление на свободной поверхности которого (на высоте нижнего среза вспомогательной трубы) было равно атмосферному. Высота слоя в вертикальном канале над верхней кромкой отверстия изменялась от опыта к опыту, от 30 до 300 мм. Были использованы сыпучие материалы, указанные в пп. 1, 3, 5 и 6 табл. 6-4.

имела незначительное поперечное сечение, то это сечение (и расход материала) временно заметно увеличивались. Дальнейшее сверх запирающего увеличение встречного перепада давлений приводило к псевдоожижению материала в перетоке, в результате чего возобновлялось истечение материала, но оно сопровождалось прорывом большого количества газа. Это невыгодный, т. е. нерабочий, режим [кроме того, в условиях опытной установки (см. рис. 6-39) прорыв приводил к падению давления в резервуаре ниже первого критического, возобновлению пульсирующего истечения, новому подъему давления в резервуаре, запиранию и псевдоожижению в перетоке, новому прорыву газа и повторению указанного цикла неустойчивой работы].

приподняты над псевдоожиженным слоем. Однако в таких перетоках неполностью используется высота каждой ступени аппарата для создания гидравлического затвора. Более распространены иные перетоки, нижние концы которых погружены в псевдоожиженный слой. Поэтому представляет практический интерес также проведенное автором [Л. 341] исследование истечения материала из вертикальной трубы в псевдоожиженный слой. В его опытах вертикальные трубы-перетоки (рис. 6-42) были цилиндрическими диаметром 17, 29 и 38мм. Истечение материала происходило в псевдоожиженный слой прямоугольного сечения 100X100 мм. Нижний обрез перетока 2 находился на уровне 30—50 мм над воздухораспределительной перфорированной решеткой с живым сечением 8% при диаметре отверстий d0 —2 мм.

Если выполнить DOДР*. Это полезно как гарантия от необратимого «пробоя» перетока. Поэтому в принципе можно нижний конец подобного сужающегося перетока не опускать в псевдоожиженный слой, что уменьшит эрозию перетока.

Конически сужающиеся книзу перетоки (рис. 6-43,6), перетоки с коническим сужением конца (рис. 6-43,г) или состоящие из цилиндрических труб разных диаметров (рис. 6-43,е) в принципе должны, так же как и цилиндрические с Z)T>Z)o (рис. 6-43,д), запирать без пробоя перетока истечение материала благодаря концентрации перепада давлений в зоне динамического свода, что облегчает образование статического свода при повышении противодавления сверх рабочего или падении уровня материала в перетоке. Переток с дисковым отражателем (рис. 6-43,е) согласно [Л. 97] обладает той неприятной особенностью, что при опускании слоя ниже диска переток материала прекращается, так как лежащий на диске материал запирает истечение. И это происходит как раз тогда, когда требуется усиление подачи материала в нижний слой для поднятия его уровня до нормального.

Истечение материала при перепаде давления газа 43. 257—267

Встречный поток газа замедляет истечение материала, а попутный ускоряет его. Однако соответствующие количественные зависимости не приводятся и, по-видимому, не установлены.

помощи ножа или скребка, причем их количество зависит от угла установки этого ножа. Бункера могут быть оборудованы мешалками различного типа, обеспечивающими свободное истечение материала на тарельчатый питатель.