Жидкостные ракетные двигатели (стр. 34 из 36)

Двуокись титана обладает тем свойством, что при ее нагреве в восстановительной среде происходит частичное восстановление Ti0₂, которое сопровождается появлением в материале избытка металлических ионов. Вблизи ионов локализуются слабо связанные с ним электроны. При увеличении температуры связь электронов с ионами нарушается. Количество электронов резко возрастает. Соответственно резко увеличивается проводимость материшга и падает его внутреннее электрическое сопротивление, рис.95. В результате этого двуокись титана приобретает свойство электрической проводимости, которая возрастает с увеличением температуры. Падение внутреннего сопротивления ма-

териала приводит к увеличению силы пропускаемого тока, а это в свою очередь

— к последующему возрастанию температуры материала и т. д.

Таким образом, при каждом цикле питания свечи током высокого на-пряжения пластинка с двуокисью титана разогревается и примерно на пятом цикле происходит гарантированное воспламенение горючих смесей вблизи разогретой пластинки.

Свеча поверхностного нагрева стойка по отношению ко всем окислителям, но для быстрого нагрева предпочтительно наличие вблизи свечи восстановительной среды (избытка горючего). Мгновенная мощность тепловыделения свечи составляет примерно 40 тыс. Вт, средняя потребляемая первичной катушкой мощность преобразователя напряжения — примерно 300 Вт, полезный коэффициент использования энергии - примерно 0,8.

Недостатком этого способа является сравнительно малая тепловая мощность электрической свечи. Поэтому часто при применении электрического зажигания с помощью свечи воспламеняют топливо при небольшом расходе в форкамере, где создается дежурный факел, от которого уже происходит воспламенение компонентов при основном расходе. Кроме того, для обеспечения электрического зажигания необходим источник электрической энергии, который не всегда имеется на летательном аппарате. Электрическое зажигание удобно использовать в камерах многоразового действия и многократного запуска.

Для воспламенения некоторых топлив (например, перекиси водорода) возможно использование каталитических поверхностей, способствующих возникновению реакции.

9.4. Остановка двигателя

Требования к последовательности остановки ЖРД определяют, назначением. При этом предусматривается либо остановка двигателя полной выработкой компонентов из баков, либо принудительная остановка путем закрытия в заданный момент отсечных клапанов топлива.

Работа двигателя до полной выработки компонентов применяется на ЗУРах, торпедах и в некоторых случаях на начальных ступенях многоступенчатых ракет.

Принудительная остановка двигателя необходима на баллистических или космических ракетах, когда двигатель должен прекратить работу в заданный момент, например при достижении ракетой определенной скорости. При этом часто двигатель сначала переводится на режим меньшей тяги, а затем полностью отключается. Для прекращения подачи топлива используются пневмогидравлические или пиротехнические отсечные клапаны. Важным критерием качества принудительной остановки двигателя является величина так называемого импульса последействия.

9.5. Система управления направлением вектора тяги

Для создания направляющих моментов и усилий в ЖРД используются следующие мероприятия:

- подвижные элементы, устанавливаемые в газовом потоке, истекающем из сопла;

- камеры, устанавливаемые на шарнирном или карданном подвесе;

- рулевые двигатели;

- поворотные сопла;

- впрыск жидкости или вдув газа в расширяющуюся часть сопла;

- изменение тяги отдельных камер многокамерного двигателя.

Подвижные элементы установленные в газовом потоке, истекающем из сопла

Рис.96

Газовые рули

А) газовые рули - подвижные элементы управления вектором тяги, постоянно находящиеся в газовом потоке, как правило, на срезе сопла, управляемые с помощью рулевых машинок (РМ). Материал газовых рулей представляет графито-металло-полимерную композицию, получаемую методом порошковой металлургии. Применение газовых рулей для изменения направления вектора тяги обеспечивает достаточно широкий диапазон управляющих воздействий, рис.96.

К недостаткам указанной конструкции необходимо отнести:

- повышенные значения гидравлических потерь, обусловленные торможением газового потока;

- высокие значения термопрочности материала газовых рулей;

- работа элементов управления газовыми рулями в условиях высоких

температур.

Рис.97

Дефлекторы

Б) Дефлекторы - представляют собой насадки конической или цилиндрической формы, устанавливаемые на выходное сечение сопла. Создание управляющего воздействия обеспечивается поворотом насадка, с помощью расположенных под 90 градусов рулевых машин, рис.97.

а)

Рис.98

Триммеры: а) интерцепторы; б) заслонки

б)

В) Триммеры

Представляют собой наиболее сложную систему обеспечения управляющих воздействий, за счет подвижных элементов. Триммеры- щитки, выдвигаемые в газовый поток на срезе сопла, только в процессе создания управляю-

щих воздействий. Если щитки, выдвигаемые в поток, ориентированы своей плоскостью перпендикулярно истекающей струе, то они называются интерцеп-торами, рис.98 а, а если параллельно (вдоль потока) - заслонками, рис.98 б.

Камеры, устанавливаемые на шарнирном или карданном подвесе

А) шарнирный подвес позволяет отклонять камеру в какой либо одной плоскости. Если двигательная установка состоит из четырех, установленных на шарнирном подвесе камер, то их подвесы могут быть закреплены на общей раме, при этом оси подвесов должны пересекаться в ее центре, рис.99. Такая установка камер позволяет создавать силы и моменты для управления ракетой по углам тангажа, рыскания и крена; например, для управления по крену все четыре камеры должны быть повернуты в одну сторону по окружности.

Вид А

Рис.99

Схема расположения камер четырехкамерного двигателя с их установкой на шарнирном подвесе

Б) карданный подвес является более эффективным, но и более сложным. Его применение позволяет отклонять камеру одновременно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом продольная ось камеры может занять любое положение в некотором конусе, рис.100. При карданном подвесе одной камеры достаточно, чтобы управлять по углам тангажа и рыскания. Управление по крену обеспечивается отдельной системой. Если на двигательной установке имеются две камеры, установленные на карданном подвесе, то они обеспечивают управление ракетой по углам рыскания, тангажа и крена.

Рис.100

Карданный подвес камеры ЖРД

Рулевые двигатели

Рулевые, управляющие или верньерные двигатели - это дополнительные двигатели, устанавливаемые на шарнирном или карданном подвесе, как правило, в аэродинамических рулях (стабилизаторах), рис. 101. Рулевые двигатели могут работать как непрерывно, так и в импульсном режиме; подача топлива в рулевые двигатели может осуществляться с помощью основного или вспомогательного ТНА.

Рис. 101Рулевые двигатели

Рулевые двигатели усложняют схему и конструкцию двигательной установки, снижая в некоторой степени ее надежность.

163

Поворотные сопла

В конструкдии ЖРД без дожигания генераторного газа для создания управляющих воздействий, могут быть использованы поворотные сопла, рабочим телом для которых является генераторный газ, отбираемый от турбины.

Возможны следующие варианты таких сопел.

1. Один или два выхлопных патрубка турбины оканчиваются соплом, которое крепится к ним с помощью шарнирного или карданного подвеса.

2. К выхлопному коллектору турбины подсоединяется выхлопной патрубок, с которым соединены трубопроводы с газораспределителями, оканчивающиеся соплами. При этом минимальное количество сопел для управления ракетой по углам рыскания, тангажа и крена равно шести (по два сопла на каждое направление возможной эволюции ракеты ), рис.102.

Рис.102

Рулевая система двигателя РД- 119: 1 - газораспределитель крена, 2, 5, 6 -электроприводы; 3 - пироклапан; 4 - выхлопной трубопровод; 7 - газораспределитель рыскания; 8 - газораспределитель тангажа; 9, 11, 13, 14, 15, 18, 19,20-сопла; 10, 12,16,17,21 - кронштейны

Впрыск жидкости или вдув газа в расширяющуюся часть сопла

Для создания сравнительно небольших управляющих воздействий и сил можно вводить рабочее тело в расширяющуюся часть сопла через отверстия (сопла), расположенные в стенке сопла, рис.103. Четырехсопел достаточно, чтобы создавать боковые управляющие силы по тангажу и рысканию. Сопла каждого квадранта вступают в работу после открытия клапана установ-ленного на трубопроводе, который подводит жидкость или газ.

При вводе рабочего тела через сопло газ или пары жидкости поступают в поток продуктов сгорания. На участке сопла перед местом ввода рабочего тела обеспечивается торможение части потока, устанавливается фронт косого скачка и образуется зона повышенного давления. В результате этого истекающая струя продуктов сгорания отклоняется от осевого направления и возникает боковая сила, направленная в сторону сопла, через которое вводится рабочее тело.