Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей, страница 9

2.4. Схема обьеднненной ДУ "Марк-Н": юа» л 1 ааа» а 1 — основной двигатель тягой 445 Н; 2 — вспомогательный двигатель; 3 — электро- обогреватель блока фильтров н отсечных клапанов; 4 — злсктрообогрсватель магистрали; 5 — капилярна-заборное устройство; 6 — электрообогреватель топливного ба. ка; 7 — топливный коллектор; Т вЂ” датчик температуры; р — датчик давлении Примером объединенной однокомпонентной ДУ с монотонным падением давления в баке является ДУ ИСЗ П7Е, работающая на гидразине (рис.

2.3). Гелий отделяется от гидразина упругой диафрагмой 1. Давление гелия снижается в процессе работы ДУ в диапазоне 2,07 ... 0,69 МПа. В ходе полета каждый блок вспомогательных камер и каждую из основных камер можно заменить, используя разъемные соединения 2. Основные камеры Б и Г являются дублирующими.

В случае отказа основных камер их могут дублировать вспомогательные камеры. ДУ "Марк-П", разрабатываемая Центром космических полетов им. Годцарда (США) для многоцелевого блочного многоразового ИСЗ (рис. 2.4), является примером многоразовой высоконадежной стандартной однокомпонентной ДУ с монотонным падением давления азота в баках в диапазоне 2,4! ...

0,482 МПа (т.е. давление азота уменьшается в пять раз) . ДУ состоит из четырех блоков, в каждом из которых имеется одни основ. ной (корректирующий) ЖРД тягой 445 Н и три вспомогательных ЖРД (ЖРД ориентации) тягой по 22,3 Н. Для выравнивания давления в баках при заправке азотом газовые полости баков соединяются через коллектор, а при эксплуатации на о- Р бите они изолированы друг от друга.

В этой ДУ использован ряд конструктивных и схемных решений с целью обеспечения максимальной надежности. Заправочно-дренажный азотный клапан имеет устройство с тройным резервированием уплопзення. 36 Все топливные баки снабжены капнллярным заборным устройством, обеспечивающим запуск ДУ в невесомости. Топливные магистрали каждой пары баков (т.е. баков всего четыре) с установленными на них фильтрами и пускоютсечными клапанами дублированы.

В каждой паре баки соединены друг с другом, причем они имеют общие датчики и заправочносливной клапан. Топливные магистрали всех баков имеют общий коллектор 7, в котором предусмотрены клапаны продувки и датчик давления, В кдапанах намечено использовать не одно, а два селла. На входе в каждую камеру последовательно установлено по два пуско отсечных клапана.

Блоки камер могут включаться попарно (расположенные по диагонали) или все вместе. ДУ имеет также развитую телеметрическую систему (с датчиками давления и температуры), с помощью которой обеспечивается контроль и управление функционированием отдельных элементов. На рис.

2.5 показана схема объединенной двухкомпонентной ДУ с общим регулированием давления в баках. Рассмотренные выше схемы ДУ хорошо отработаны, обладают высокой надежностью и широко применяются в современных ИСЗ, КА и КК. Некоторым их общим недостатком является относительно высокое давление вытесняющего газа; особенно это относится к ДУ, имеющей в своем составе баллоны с газом высокого давления. Газовые баллоны должны обладать очень высокой герметичностью (особенно, если учесть, что гелий обладает высокой проницаемостью через малейшие неплотности в стенках базпзона), причем она должна обеспечиваться в целом ряде ИСЗ и КА в течение многих лет эксплуатации илн полета в условиях кос- 37 изди, и/и 2577ии пгд йи!лиа мического пространства.

Наличие относительно больших бюпзонов со сжатым газом низкой плотности (особенно с гелием) в некоторой степе- ни ухудшает компоновку и увеличивает сухую массу ДУ. 2.3.СХЕМЫ ЖРД С НАСОСНОЙ ПОДАЧЕЙ Основные особенности схем. В схемах ЖРД с насосной подачей компоненты топлива подаются из баков в камеру центробежными насосами, приводимыми во вращение турбиной, которые вместе составляют ТНА. Привод турбюзы осуществляется рабочим телом — генераторным газом. В большинстве случаев генераторный газ вырабатываетсн в специальной камере — ЖГГ, входящем в состав двигателя. Основной особенностью всех схем с турбонасосной подачей компонентов топлива является то, что топливные баки во время работы двигателя находятся лишь под небольшим избыточным давлением наддува, необходимым для обеспечения бескавнтационной работы насосов н не зависящим от значения давления в камере сгорания.

Благодаря этому массовые характеристики баков и систем наддува практически также не зависят от давления в камере. Вместе с тем стремление повьппать давление в камере сгорания вполне обосновано. Рост рк, с одной стороны, позволяет увеличивать экономичность двигателя, т.е, повышать удельный импульс путем увеличения степени расширения газов в сопле рк/ра; причем для двигателей первой ступени РН увеличение рк — единственный способ повышения ркгзр„твк как давление на срезе сопла ра ограничено средним по траектории атмосферным давлением и выбирается примерно равнымр„= (0,4...0,6) 10з Па.

С другой стороны, с ростом рк уменьшаются продольные и поперечные размеры двигателя. На рис. 2.6 представлены контуры 5«ий двух двигателей с одинаковыми тягой и давлением на срезе, но с разным рк. Как видно, контур двигателя с большим рк н, естественно, большей степенью расширения рк,зри полностью вписывается в контур двигателя с меньшим рк и меньшей степенью расширения.

Это обстоятельство приводит к тому, что рост рк практически не сказывается на удель- Рнс. 2.6. .6. Газодннамнческне контуры камер сгорание н двигателей с одинаковыми значеннлмн глг в пустот ге давление н срезе, но разнымн давленнлмн н камере сгорания Рнс. 2.7. Завнснмость удельной массы "сухого" двнппелн от твгн и 5ИИ гиии жю гяю алии арии и„,лн ной массе двигателя. Последняя в основном зависит от тяги, давления на срезе сопла и вида компонентов топлива.

Примерная зависимость туд = = тд )Р„приведена на рис. 2.7. Таким образом, при насосной подаче с повышенным рк массовые характеристики ЛА в отличие от ЛА с двигателямн с вьпеснительной подачей ухудшаться на будут. Тем' не менее ограничения иа выбор значения целесообразного давления в камере сгорания имеют место и при насосной подаче. Однако здесь в отличие от вьпеснительиой подачи ограничения вызываются другими специфическими обстоятельствами, определяемыми видом насосной схемы подачи, разновидностей которых очень много.

На рис, 2.8 приведена общая классификация ЖРД с насосными системами подачи топлива. Кроме приведенных на рис, 23 особенностей — признаков классификации различных насосных схем двигателей — последние классифицируются еще и по другим признакам, например по виду генераторного газа (окислнтельный или восстановительный), охлаждающему компоненту (окислитель или горючее или используются оба компонента), числу камер и тд. Последний признак — число камер — имеет большое значение. В этом отношении двигатели классифицируются на однокамерньте, много- камерные и блочные многокамерные. Многокамериые отличаются тем, что иыеют один ТНА„от которого питаются все камеры.

Причем камеры могут иметь разную тягу, Блочные многокамерные состоят ий нескольких автономных одно- или многокамерных двигателей, обьедииенных общей рамой и системой управления. Наконец, имеются однокамерные двигатели, но с двумя ТНА — ТНА подачи окислителя и ТНА подачи горючего; есть двигатели, которые кроме основного ТНА имеют еще дополнительный — вспомогательный или бустерный ТНА. 39 Насосные схемы подачи без дожигания геиераторного газа — довольно распространенная схема ЖРД. Классификация двигателей с турбонасосной подачей топлива приведена на рис. 2.8.

На рис. 2.9. схематично представлены наиболее характерные ЖРД этого типа. Схема а отличается одно- компонентным ЖГГ, работающим на разложении специального вспомогательного, "третьего" компонента, например перекиси водорода. В схеме б — тоже однокомпонентный ЖГГ, но работающий на разложении какого-либо компонента основного топлива, например НДМГ.

Схема в отличается двухкомпонентным ЖГГ, работающим на основных компонентах, сжигаемых в нем с большим избытком горючего. ,4бигапте ти г п~урбонагагноо побатей без оЪтигания ген ераторного еаза Г дожаеаниен еенеро торноги газа Гпагоб попрнения еенерат орнога еаза ъ й ъ~ 'ььъ ь ьч ььч ь чч с„ ьч ь С ьъй ь ,ьъ с ъъь ьь с, с, ььч й с ьь ь ьь ь ьъь ъч ъч ч бгобенногпти беппо па атпработпанноео генераторноеа газо /титеегатби тай ч ьъ 'ьъь~~ сс ьс. й чнв ъч Вчь и вбь аъь ч Ч ст ь ьэ ь ь, ьью с;,,сс с.

с, Вч ч4ь ь ьчь чье В чв В ч чс 41 Рис. 2.8. Общая классификация дингателей с турбоначосной подачей топлива 40 ь тч ь ь ~~1ьчь ььсь чььь ь сс Ч ч ьМ ъ В ъ3ч Ф ьч ч ьъь в фн э ь ъьь с:стч Ф с,ьь ъ ч ~ъ ьч Ь ч с» ь чВ ч ььй д Рис, 2.9.

Турбонасосные схемы ЖРД без домнг ання гене зторното газа: Р о; нв— — го ючее; НΠ— насос окнсттителя; Нà — насос горючего; б и насос нспомогзтеттьного компонента; Т вЂ” тур инз; ит турбины Все этн двигатели объединяет общий признак схемы — выброс отработанного на тур ин т бине генераторного газа наружу через выхлопную систему. опла, иа котохлопной системы находятся реактивные сопл, часто в конце вы рых "срабатывается" определенныи пере ад да п влений, и они создают замет- , используемую в системе управления вектором тяги (см.

рис. ную тягу, испол 2.9, б). Наконец, иногда отработанный генераторный р газ нап авляется в щель сопла основ ионной камеры в зоне малых давлений, образуя на этом участке заградительное его охлаждение (см. рис. 2.9, в) . Несмотря на большое различие конкретных схем выброса отработанного генераторного газа, все они имеют о р д оп е еленныепотериудельного импульса на привод ТНА. Эти потери могут быть оценены коэффициентом зт.г ЭТНА = 1 птг.г (1 'к где тяг.г = ш г.г/(ш к шг.г) — относительный расход генераторного газа; 1„г — удельный импульс выхлопной системы генераторного газа; 1„— удельный импульс камеры.