Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А., страница 4

Тзк как топливо р)$$«ог)уег— с)$ и возрастает свободный об),ем и баках, аккумулятор давления должен непрерывно подавать в баки сжатый газ. В случае !"ели прекратится илп уменьшит $ я подача сжатого гз)а, иршюой$$$. ~ Л)'! $'$)нж)'нпе дзв))ен))я н б)$$$$$«, ) меиьии)гся нодз ю г))$$)и$в,), 3 аго $$$)ив)ч!)'!' и изт) $)ии) „!ааг)л)ня В изме[)с и тяги двигателя. Для выключения двигателя необходимо $)рекрати)ь пода')у топлива в его камеру. Расход топлива в камеру ЖРД с вытеспительной системон подачи зависит глазным образо)! от давления в баках. Од))зко при полете ракеты нз топливо помимо спл дзвлс)и)я газа, заполня«нцсго баки, действуют п другие силы.

На ри)ч 0 1 и))$)$)$)$)и)сн)$ л)!ння $)одз')и с))$$)ого и:) компонентов ))нюивз и показа)ю изме)инне давления )гого ком)ню)нгз бзкз Ло камеры, Прис,)сд)!)$ зз )тнм нз)$)пю)ием. Р))ссм))т1н!)! сизчз;)з случаи, ког;)з двигатель рзбогзсг нз испытателыюл) ге))де Д))исатель псподвн)кеи и расиоюж)н всртикз.и!и). $:.сг)$! дзвлспне гаээ н свободном об)е«)е бзкз равно 1)гь высо) и столов жидкости и бакс 1!«, и удель. иь)й вес е));с,ь )о данлспне жидкости у дни)~з бака )ч)ставит +йб-и) От д пина бака до ьат~е(нв данлонщ нощно, ~н Рб также меняется. С одной с~орины, оно должно было бы т пгн личиться па 7ттори; (йо,— ~нчсо1п тр)бопргп о|а), с томми снизиться вследствие ног'Р1 нн'1'~ нн нп т Р.

ни и мн~ч ки трубопровода н нргото и нн' и" ~ны порот нг..енин паны, повороты пегги т и т. н 1. 1 н~ ыщр..г тнчсск1н. ни! .рн в трубопроводе обозначп1ь щ1 ., Лр„,, 1о с кларков пение давления ковнюпепта ит пакт до каме('ы а гт,.::ь. (ЛР,р — (т~в,',и) Обычно ЛРтв>йтр,:~,. н двплеште комнон.о:тп Гб абтв Рис. 0.7. Ивиеиепие лавлеонп в топлюпюн ~в.

гистрали ЖРД с вьгтеспн1сльпов систсиоа по- дачи в трубопроводе несколько падает. раппы.типа~не топлива в форсунках связано с падением давления на величину ЛРе. За форсунками давление компонента становится равным данлению в камеРе Рп, Уравнение изменения давления в линни подачи компонента топлива можно записать в виде Рв+7 ((те+ Л р)=Р, '+опт 1 ~Рп Обозначая гидравлические потери по всему гракгу крез Л =Л Рс-ЛРф+ЛРтв, а суммарную высоту столба жидкости как йм=йб+6тв, получим Р, + 7„77„= Р, + ЛР, (0,15) Если ви зонт под ли двигатель работает па ракете, наклоненной к ор сг и- У под Углом в и летящей с собственным ускорением ~» 19 (рис, 0.8), то давление, создаваемое столбом яспдкосмт, изменится и уравнение измсисшш давлсния ла~шшется в виде Рв+Т„.lг„в!п0+ Т„й ~ ==4т,+ дп, или 4т, + т Ь„(з!и 0+ ~~- ~ =-4т, + Лут,.

(0,16) Уравнение (О.!6) является одним из равнений, связывающих и определяющих параметры У)ГР,т( прн его работе. Если, например, известно потребное давление в камере ри, Рис. 0.0. К определению изменен|та давления топлива в ЖРЛ ва ракете, летятнеат с тскоре. нием то, рассчитав потери давления жидкости от бака до камеры и зная характеристики полета ракеты (0, 1), можно найти из этого уравнения необходимое давление в баке компонента топлива. Формально из уравнения (О.!6) следует, что двигатель в определенных условиях может работать и при рв(рю Для этого должно быть Т„й ( з!п 0 + — ! ) Ьр,.

В действи- / у тельности повышение давления компонента за счет веса столба жидкости даже при собственном ускорении ракеты обычно существенно меньше гпдравлнческих потерь. Поэтому для ЖРД с вытеспительной системой подачи топлива характерно, что рв>рк. Если, например, пи=20 —:30 кГ)сяР, то рв примерно составит 30 — 50 кГ(см'. Схема 7КРД с насосной системой подачи топлива приведена на рис.

0.9. Такой двигатель состоит из камеры В, трубопроводов подачи топлива 7, клапанов 4, баков 2, устройства 7, предназначенного для повышения давления в баках, насосов 6, турбины 5, генератора рабочего тела турбины 6. На первыи взгляд кажется, что давление в баках ЖРД с насосной системой подачи топлива может быть сколь угодно 20 ым н что в схеме двигателя не нужно иметь устройств, об спечивающих повышение давления в баках, Однако в действительности такие устройства нужны, так как, во-пер- ~х, некоторое избыточное давление внутри баков увеличивает их прочность н, во-вторых, насосы, применяемые в ЖРд, могут нормально работать только в том случае, когда давление жидкости, входящей в насос, будет иметь определенную величину. Чтобы повысить прочность баков и ооеспечнть нормальную работу насосов, достаточно увеличить давление в баках всего на несколько кГ!см'.

Для ЖРД с насосной системой подачи топлива характерно, что ри)ра, а- пример, р,=50 †: 100 кГ1слр и более, ра=2-:5 кГ/сиса.. Для привода в действие насосов применяется газовая турбина. В схе-— ме ЖРД при использовании турбины необходимо устройство, вырабатываюшее газ, который под высоким давлением и с высокой температурой поступает в турбину и совср- б шает в ней требуемую работу. В качестве генератора рабочего 7 тела турбины может использо- 8 ваться небольшая камера сгорания. В эту камеру срис. 0.9) насосами подается часть топлива, поступающего из баков.

Продукты сгора- и„, за с.х„,а жрд, „,. ния топлива в камере газогенера- сосной систамоа иоиачитоитора и являются рабочим телом тур- лиаа бины. На рис. 0.10 изображено изменение давления по линии одного из компонентов в ЖРД с насосной системой подачи топлива. Характер изменения давления компонента во многом аналогичен изменению давления топлива в двигателе с вытеснительной системой. Но в отличие от этой системы в данном случае добавляется увеличение давления топлива в насосе на величину р„. Уравнение изменения давления для ЖРД с насоснои системой подачи имеет вид Ра + Р, + т Ь ~з1п б + У ) = Р„ + вР,. Нами рассмотрены принпнпиальные схемы ЖРД, дающие возможност необхо озможность уяснить лишь главное в работе двигателей и еобходимость основных агрегатов, составляющих двигатели. 21 Действительные схемы ЖРД выглядя~ значителш!о более сложными.

Характерным для них является наличие целого ряда систем и элементов, обеспечнва!ощих нормальное функционирование двигателя от начала подготовки сго и пуску и до выключения. К такит| системам н элементам оп!огнтен устройства для заправки баков компонента.!и, системз а жигания топлива в камере, элементы, позволяющие регули ровать расход топлива, приборы, контролирующие работу двигателя, устройства для его выключения и т. и. Системы н устройства, обеспечивающие выполнение этих тядп !, ня- НООО О й Рис. О.! !. Замкнутая и разоиану- тан схемы ЖРЛ Рис. О.!О. Иамснение давлении в топливной магистрали ЖР Ч с насосной подачей топлива зывают а атом атикой дни г а тел я. В автоматику входят клапаны, регуляторы и другие элементы. Каждая из двух рассмотренных выше основных схем ЖРД классифицируется по ряду признаков.

Классификация ЖРД по этим признакам будет рассмотрена в главах, посвященных схемам и работе аккумуляторов давления и генераторов рабочего тела турбины. Остановимся только на одном признаке, по которому различают ЖРД с насосной подачей топлива. По способу использования газа, отработавшего в турбине, ЖРД делятся на двигатели разомкнутых схем, или двигатели без дожигания рабочего тела турбины (рис. 0.11, б), и двигатели замкнутых схем, или двигатели с дожпганнем рабочего тела !рис, О.!1,а), Каждая из этих схем включает генератор рабочего тела турбины 1, турбину 2, топливиь|е насосы ы 3 и камеру двигателя 4. Различие схем заключается в том, что газ после турбины в ЖРД с дожнганием направляется в камеру двигателя, а в Разомкнутой схеме выбрасывается в атмосфеРУ !срез специзльное отбРосное сопло 5. Прн этом газ, выхозян)ий через отбросное сопло, создает некоторую дополнительнунз тягу.

Очевидно, что удельная тяга двигателя Разомкнутой схемы должна определяться кнк У'к + Ро (0.17) где Р„и 0„--тяга и расход топлива для камеры двигателя; Р,, и 0„,— тяга и расход газа отороспых сопел. Удельная тяга всего двигателя разомкнутой схемы будет (к меньше", чем удельная тяга камеры, равная Рт..= —,, Это связано с тем, что газ из отбросных сопел истекает со скоростью, сушественпо меньшей, чем скорость истечения продуктов сгорания из основной камеры. Выбор той или другой схемы ЖРД определяется в основном стремлением обеспечить наилучшие весовые характеристики двигателя, а н некоторых случаях — и наибольшую надежность ЖРД.