Жидкостные ракетные двигатели (стр. 35 из 36)
В качестве газообразного рабочего тела могут быть использованы:
газы (азот, аргон, гелий и т.д.), обеспечивающие предварительный наддув баков с основными компонентами топлива;
генераторный газ;
продукты сгорания, перепускаемые из камеры сгорания или сажающейся части сопла.
Рис.103
Газодинамическая система управляющих моментов и сил
Изменение величины тяги отдельных камер многокамерного двигателя
Если изменить величину тяги жестко закрепленных диаметрально расположенных двигателей, входящих в состав двигательной установки, то можно создать управляющий момент относительно центра масс ракеты и обеспечить ее разворот в плоскостях тангажа и рыскания.
9.6. Система регулирования величины вектора тяги ЖРД
Величина тяги ЖРД определяется расходом топлива в камеру. Расход, а, следовательно, и тягу можно изменять варьируя:
а)при вытеснительной подаче - давление в баках компонентов топли
ва;
б) при насосной подаче - частоту вращения вала ТНА;
в)при вытеснительной и насосной подаче - регуляторами расхода, ус
танавливаемыми на магистралях перед камерой (для вытеснительной подачи) и
управляемыми приводами.
Основными условиями обеспечения устойчивого и плавного горения при снижении тяги двигателя являются одновременное сохранение перепада давления на форсунках и давления продуктов сгорания в камере.
Условие поддержания постоянства перепада давления на форсунках при работе двигателя с изменяющейся тягой осуществляется варьированием: числа форсунок, через которые компоненты топлива впрыскиваются в камеру сгорания; площади проходного сечения форсунки: плотности компонентов топлива (путем их насыщения газом); коэффициента соотношения компонентов топлива km.
Если различная величина тяги ЖРД с насосной системой подачи обеспечивается изменением частоты вращения насосов компонентов топлива, то турбина ТНА должна иметь систему, управляющую её мощностью. Нашли применение температурный, расходный и смешанный способы изменения мощности турбины ТНА.
Температурный способ применяется для двухкомпонентных ЖГТ; он
состоит в изменении температуры генераторного газа, подаваемого на турбину,
для чего на одной из магистралей питания газогенератора устанавливают регу
лятор расхода с электро - или гидроприводом, позволяющим увеличивать или
уменьшать расход одного из компонентов в ЖГГ, а, следовательно, и коэффи
циент соотношения kmдля газогенератора.
Расходный способ состоит в изменении расхода газа через турбину при поддержании его постоянной температуры, что обеспечивается постановкой на подающих магистралях ЖГТ регуляторов расхода со специальными стабилизаторами, поддерживающими неизменным величину km.
При смешанном способе изменения мощности турбины одновременно изменяются и турбина и расход газа, подаваемого в камеру.
9.7. Основные направления совершенствования ЖРД
1. Применение перспективных жидких ракетных топлив.
а) повышение плотности компонентов (жидкий кислород и водород в «шугообразном» состоянии; кислород и водород в состоянии, соответствующем их тройной точке; углеводородные горючие из отходов и побочных продуктов нефтехимического производства);
б) повышение энергетических характеристик теплив (использование топлив на основе фтора, металлосодержащих горючих, трехкомпонентных топлив).
2.Разработка новых схем ЖРД и ДУ.
А) ЖРД с кольцевой камерой и соплом с центральным тел
б)двухтопливные ЖРД (один окислитель и два горючих, последова
тельно подаваемые в камеру ЖРД, например, « (О2)ж + керосин » и « (О2)ж +
(Н2)ж>>);
в)ЖРД линейной конструкции, в которых камера и сопло имеют пря
моугольное сечение.
3.Уменьшение габаритных размеров.
А) переход на повышенные значения давления в камере;
б)использование рациональных компоновок двигателя;
в)усовершенствование конструкции агрегатов (использование камер с
центральным телом и т.д.).
4.Снижение массы ДУ.
а)использование конструкционных и композиционных материалов по
вышенной прочности;
б)использование передовых технологий производства;
в)интенсификация методов охлаждения камеры сгорания.
5. Обеспечение простоты и удобства эксплуатации, снижение времени подготовительных работ при запуске.
6. Повышение уровня надежности, ресурса и безопасности работы
ДУ.
а)обеспечение эксплуатационной технологичности конструкции:
б) резервирование работы наиболее ответственных агрегатов;
в)испытание материалов, систем и агрегатов с имитацией эксплуата
ционных условий;
в) использование перспективных стратегий технического обслуживания и ремонта.
7.Снижение стоимости и времени конструкторско-технологической
стадии создания ДУ
а)унификация основных узлов и агрегатов;
б)разработка систем, обеспечивающих спуск нижних ступеней раке
тоносителей.
Литература
1. Болгарский А.В. Рабочие процессы в ЖРД. М: Высшая школа. 1990. 282 с.
2. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. М.: Машиностроение, 1968. 395 с.
3. Володин В.А., Ткаченко Ю.Н. Конструкция и проектирование ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1984, 273 с.
4. Козлов А.А., Новиков В.Н., Соловьев Е.В. Системы питания и управления ЖРДУ. М.: 1988. 286 с.
5. Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчёт агрегатов питания ЖРД. М.: Машиностроение, 1979, 343 с.
6. Ракеты - носители / под ред. Осипова СО. М.: Воениздат, 1981, 314 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.Принцип работы реактивного двигателя. Основные понятия и
определения.................................................................... .........
1.1. Принцип создания реактивной силы...............................
1.2. Классификация ракетных двигателей (РД)........................... 4
1.3. Тяга ракетного двигателя.................................................. 6
1.4. Мощностные параметры ракетных двигателей.................... 8
1.5. Удельные параметры ракетных двигателей,........................ 8
2.Формула Циолковского и её практическое применение........... .. 10
2.1. Идеальная скорость и массовые характеристики ракеты....... .. 10
2.2. Относительные массовые характеристики субракет............ .. 11
2.3. Формула Циолковского.................................................... 12
3.Рабочий процесс в химических ракетных двигателях............ 13
3.1. Аэродинамический нагрев в полете.................................... 13
3.2. Реакции химически активных газов.................................... .. 15
3.3. Потери в химических ракетных двигателях........................ .. 16
3.4. Скорость истечения газов из сопла ракетного двигателя....... .. 17
3.5. Оценка эффективности процессов в химических ракетных двигателях19
4Характеристики ракетного двигателя...................................... .. 20
4.1. Дроссельная характеристика ракетного двигателя............... 20
4.2. Высотная характеристика ракетного двигателя.................... .. 23
4.3. Режимы работы сопла...................................................... .. 24
4.4. Влияние высотности сопла на протекание высотной
характеристики.............................................................. .. 25
5.Общие сведения о ЖРД.......................................................... 26
5.1. Системы космических летательных аппартов....................
5.2. Классификация и схемы ЖРД........................................... 29
5.3. Общие сведения о жидкостных ракетных топливах (ЖРТ). Классификация ЖРТ33
5.4. Требования, предъявляемые к ЖРТ................................... 37
5.5. Перспективные ЖРТ......................................................... 41
6.Основные конструктивные элементы камер ЖРД.
Топливные баки.................................................................... .. 45
6.1. Особенности условий работы и конструкции камеры ЖРД....45
6.2. Особенности проведения прочностного расчета камер ЖРД...49
6.3. Требования, предъявляемые к камерам ЖРД....................... . 50
6.4. Выбор материала для камер ЖРД...................................... 51
6.5. Формы камер ЖРД........................................................... 52
6.6. Головки камер ЖРД и их конструкция................................ 57
6.7. Конструктивные особенности выполнения систем охлаждения камер сгорания60
6.8. Потери в соплах ракетных двигателей................................ .. 68
6.9. Схемы сопел ЖРД............................................................ .. 69
6.10.Кольцевые сопла............................................................ .. 73
б.11. Требования, предъявляемые к распиливающему устройствуЖРД........................................................................................................ 75
6.12. Типы топливных форсунок.............................................................. 78
6.13. Способы размещения топливных форсунок на плоских
головках камеры ЖРД...................................................................... . 86
6.14. Назначение, схемы и конструктивные особенности
топливных баков................................................................................ . 88
7.Система охлаждения камер ЖРД......................................................... .. 91
7.1. Физическая картина теплообмена в камере ЖРД....................... 91
7.2. Распределение плотности теплового потока по длине
камеры ЖРД......................................................................................... 93
7.3.Классификация систем охлаждения ЖРД. Внешнее
охлаждение............................................................................................ 94
7.3. Требования, предъявляемые к внешнему (наружному)
охлаждению......................................................................................... 95
7.5. Внутреннее охлаждение.................................................................. 96
7.6. Система теплозащитных покрытий (ТЗП)................................... 98