Горение смесевого твердого топлива
Дипломная работа - Авиация, Астрономия, Космонавтика
Другие дипломы по предмету Авиация, Астрономия, Космонавтика
2.2.2 Анализ и выбор метода измерения скорости стационарного горения
Ракетные двигатели на твердом топливе широко используются в составе современных образцов ракетно-космической техники. Такие двигатели относятся к сложным техническим системам и характеризуются не только многообразием конструктивных решений и используемых материалов, но и разнообразием сложных внутренних процессов. Одним из важнейших процессов является процесс горения топлива в камере сгорания. т.к. он определяет газоприход в двигателе и, следовательно, его расход и развиваемую тягу. Газоприход зависит от величины скорости горения топлива. В свою очередь, скорость горения даже для конкретного топлива может существенно отличаться в зависимости от условий горения и воздействующих внешних факторов. В настоящее время отсутствуют адекватные математические модели, позволяющие точно рассчитать величину скорости горения в конкретном случае. Поэтому, экспериментальное определение скорости горения твердого топлива является актуальной задачей, особенно при разработке новых топливных составов.
2.2.2.1 Метод перегорающих проволочек
Наиболее распространенным методом измерения средней скорости горения твердого топлива является метод перегорающих проволочек. Внутрь образца топлива параллельно друг другу монтируются две медные проволочки (в случае смесевого ТРТ их располагают под бронировкой) на расстоянии h друг от друга (рис.1, а) диаметром 0,05 мм. Проволочки подключаются к электрической схеме, состоящей из источника питания (батарейки 1,5 - 3В), двух сопротивлений и двух гальванометров, шлейфного оiиллографа К - 115. При этом ток от источника питания не проходит через гальванометры, поскольку проволочки закорачивают выводы гальванометра накоротко и все напряжение источника питания падает на сопротивлениях. При горении образца, когда проволочка попадает в зону высокой температуры, она расплавляется и ток идет через гальванометр, что приводит к отклонению показателя на оiиллографе (рис.1, б).
а)
б)
Рис.1
а) Пример расположение реперов в образце ТРТ, и схема их подключения
б) Показатели оiиллографа при перегорании реперов
Период между двумя вертикальными линиями на оiиллограмме соответствует времени движения фронта горения между проволочками. В оiиллограф встроен отметчик времени, дающий калибровочные вертикальные линии через определенные значения , что позволяет определить искомое время Т.
= h / Т
где h - расстояние между проволочками
Т - время перегорания двух проволочек.
Достоинства метода:
простота технической реализации;
простота измерительного оборудования;
возможность измерения переменной скорости.
Недостатки метода:
горение топлива происходит не в атмосфере продуктов сгорания топлива, а в среде инертного холодного газа. Это может сказаться на скорости горения пограничных слоев топлива из-за их охлаждения внешней средой;
заделка реперов в образец может оказать влияние на процесс горения топлива в зоне заделки;
трудность обеспечения параллельности заделки реперов относительно друг друга дает ошибку в определении величины базы между реперами. По этой же причине невозможно с высокой точностью определить время между перегоранием соседних реперов;
отмеченные факторы существенно снижают точность определения скорости;
измерение скорости в эксперименте возможно только при одном давлении. Для получения закона скорости требуется проведение серии экспериментов.
2.2.2.2 Метод термопарных реперов
Этот метод получил развитие от предыдущего, т. е. он является модернизацией метода перегорающих проволочек и отличается тем, что вместо перегорающих проволочек используются термопары. Термопары изготавливаются из проводов медь - константант диаметром 0,05мм. Эти сплавы выбраны из соображения дешевизны и достаточно высокой термоЭДС, достигающей 40 - 60 мВ при 1000С. Термопары вклеиваются в топливо, как показано на рис. 2, а (под углом), если в исследовании принимает участие баллиститное топливо. В случае же со смесевым ТРТ реперы вкладываются под бронировку.
Свободные концы термопар подключаются непосредственно к гальванометрам.
Когда зона горения подходит к спаю первой термопары, температура спая, находящегося в топливе начинает возрастать. Возникающая термоЭДС создает в цепи гальванометра ток, в результате которого показатель на оiиллограмме начинает перемещаться пропорционально температуре (рис. 2, б).
Чувствительность гальванометра выбирается таким образом, чтобы на оiиллограмме была записана область температур не выше 300 - 500С, так как профиль температуры в топливе гораздо стабильнее, чем в газовой фазе. Время между двумя точками определяется на оiиллограмме по положению кривой при одной и той же температуре. Дальнейший расчет такой же, как для случая перегорающих проволочек.
а)
б)
Рис. 2
а) Пример расположение термопар в образце ТРТ, и схема их подключения
б) Показатели оiиллографа при измерении скорости горения термопарами
Достоинства метода:
возможность одновременного определения, со скоростью горения, температуры образца, причем Т (х);
отсутствие погрешности, связанной со временем перегорания проволочек (отсутствие инерционности).
Недостатки метода:
сложность стенда;
высокая стоимость стенда.
2.2.2.3 Теневой оптический метод
В методе фиксируется на ?/p>