ЖРД – это ракетный двигатель, работающий на жидком ракетном топливе. ЖРД был предложен К.Э. Циолковским (1857-1935) как двигатель для полетов в Космосе в 1903 году. Практические работы по созданию ЖРД были начаты в США в 1921 году Р. Годдардом (1882-1945) и в 1926 г. был произведен запуск ракеты с ЖРД. В 1931 г. испытаны первые в СССР ЖРД ОРМ и ОРМ-1 в газодинамической лаборатории (в дальнейшем РНИИ,
НИИ-1, НИИТП) под руководством В.П. Глушко.
Идеальный цикл ЖРД – прямой газовый изобарный цикл полного расширения:
где 1-2 – изохорный процесс сжатия и нагнетания жидких компонентов топлива в камеру сгорания при помощи турбонасосного агрегата (ТНА). Принимается, что объем жидкости , где vГ – объем газообразных компонентов, т.е. пренебрегается удельным объемом vж по сравнению с удельным объемом vГ, и что энтальпия h 1= h 2=0, т.к. жидким компонентам топлива теплота не сообщается;
2-3 – изобарный процесс подвода теплоты q 1;
3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в сопле Лаваля;
4-1 – изобарный процесс отвода теплоты q 2 в окружающую среду.
|
|
Эти процессы образуют цикл с положительной результирующей работой ().
Термический кпд цикла ЖРД будет равен:
,
т.к. h 1= h 2=0. В методе круговых процессов, используемого для анализа цикла ЖРД, при расчете энтальпий теплота образования вещества не учитывается. Поэтому энтальпии и . Тогда
,
где - степень повышения давления. Тогда
.
Таким образом, термический кпд цикла ЖРД растет с ростом давления рабочего тела в камере сгорания двигателя (р 3= р 2).
Представим термический кпд цикла ЖРД в виде:
.
Тогда можно сделать вывод, что при заданной теплоте источника термический кпд цикла ЖРД тем больше, чем больше степень расширения газа в сопле, т.е. чем больше разность энтальпий (h 3- h 4), а результирующая работа цикла (располагаемая работа) целиком идет на создание кинетической энергии струи, вытекающих из сопла продуктов сгорания.