Методика термодинамического расчета по программе Астра-4

Энергетические характеристики ракетных топлив, а также термодинамические и теплофизические свойства их продуктов сгорания определяются в результате термодинамического расчета. Исходными данными для термодинамического расчета являются элементарный химический состав топлива и энтальпия исходного топлива; дополнительно задаются значения давления в камере сгорания pk. Термодинамические расчеты в настоящее время проводятся на ЭВМ.[1,стр.28]

Комплекс АСТРА-4 предназначен для определения характеристик равновесия, фазового и химического состава произвольных систем.

В качестве термодинамических параметров определяющих условия равновесия исследуемой системы применяются давление, температура, удельный объем, внутренняя энергия, энтропия и энтальпия.

Одной из основных энергетических характеристик топлива является удельный импульс. Выражение для удельного импульса в случае ра=рк можно представить в виде

Iуд=,

где iт, iа- удельные энтальпии твердого топлива и продуктов сгорания в выходном сечении сопла соответственно.

Для сравнения различных твердых топлив по энергетическим характеристикам используются значения удельного импульса, приведенного к давлению при стандартных условиях, за которое для РДТТ обычно принимают давление в камере рк=4МПа, и давление в выходном сечении сопла ра=0,1МПа.

Удельным импульсом ракетного двигателя называется характеристика, равная отношению создаваемого им импульса (количества движения) к расходу топлива.

Величина удельного импульса играет столь важную роль в ракетной технике, что уместно здесь сделать некоторые замечания о ее физическом смысле. Прежде всего, возникает вопрос о том, почему удельный импульс измеряется в единицах времени — секундах (могут применяться и более крупные единицы — минуты, часы). Что это за время? Речь идет о времени, в течение которого в данном двигателе сгорает 1 кг топлива, создавая тягу в 1 кгс. Таким образом, удельный импульс является для ракетчиков мерой экономичности двигателя, характеристикой величины удельного расхода топлива. Чем больше удельный импульс, тем меньше будет израсходовано топлива на совершение данного полета.

Тяга двигателя представляет результирующую всех сил, действующих на двигатель, обусловленных внутрикамерными процессами в нем и давлением невозмущенной среды, следовательно,

Р = Рвн + Рнар,

где Рвн - равнодействующая внутренних сил давления продуктов сгорания на стенки камеры;

Рнар - равнодействующая наружных сил давления невозмущенной среды на стенки двигателя.

Уравнение тяги ракетного двигателя получаем в виде

,

где – давление в выходном сечении сопла;

– площадь поперечного сечения сопла.

Скорость истечения газа вычисляется по формуле:

, где

ωа — скорость газа на выходе из сопла, м/с,

Т—абсолютная температура газа на входе,

R— универсальная газовая постоянная , R=8.314Дж/(кмоль*К),

M—молярная масса газа, кг/кмоль,

k— показатель адиабаты,,