Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей, страница 5

ный насос окислителя; 7 — основной насос горючега;  — основной насос окислителя: 3— турбина иривода асновнык насосов; та — гаво. генератор основного ТНА; г'Г .. иамера егора. иия; И вЂ” аккумулятор давления; Ьà — редукииаиный клапан тельный газогенератор (см. рнс. 1.14), так н с избытком горючего — восстановительный газогенератор. Основное количество втсрого компонента поступает в жидком виде непосредственно в камеру сгорания.

В камере происходит дожнганне компонента, полностью прошедшего в газнфнцированном виде через турбину, совместно с компонентом, поступающим в камеру сгорания в жидкой фазе. Чаще применяется газогенерацня с избытком окислителя, так как расход окислителя превышает расход горючего н заданную мощность турбины можно обеспечить прн меньших давлении н температуре в газогенераторе. Прн применении водорода в качестве горючего всегда используется газогенератор, работающий на избытке водорода, так как его большая газовая постоянная обеспечивает высокую работоспособность генераторного газа.

ЖРД, схема системы питания которого приведена на рнс. 1.14, называется ЖРД с дожнганнем генераторного газа. Прн этой схеме давление перед турбиной должно быть больше давления в камере сгорания. Поэтому насосы системы питания с предкамерной турбиной должны обеспечивать более высокие давления, чем в системе с автономной турбиной. В ряде случаев целесообразно иметь отдельный насос, питающий газогенератор, с подачей к нему части компонента после основного насоса (рнс. !.!5) нлн со входа в ЖРД.

В системе с предкамерной турбиной прн заданном давлении в камере сгорания давление перед турбиной определяется нз условия баланса (равенства) мощности, потребляемой насосами, н мощности турбины прн выбранной температуре газа перед турбиной. Так как через предкамерную турбину проходит большое количество газа, то она является высокорасходной, Прн большом расходе газа для создания необходимой мощности достаточна небольшая степень понижения давления на турбнне. Поэтому предкамерная турбина является турбиной с низкой степенью понижения давления (б ==- 22 Рнс.

! . 15. Схема системы питания ЖРза с прелкамерной турбиной, работающей на газе с избытком окислителя, н с йопачннтельным (газогенераторным) насосом горючего; à — насос горю ~его; 2 — дополнительный насос горючего; 3 — насос оквслителя: 4 — газогенератор; 6 — турбина; 6 — камера сгорания Рнс. 1.1б, Схема системы питания ЖРД с двумя предкамернымн турбинами (схема с дожнганнем «газ — газ»): 2 — насос горючего; 2 — насос окислителя: а — восстановительный газогеаератор; 4 — окислительиый газогенератор; 6— турбина; 6 — камера сгоравня = — = 1,3 ... 1,8, т.

е. давление перед предкамерной турбиной Рз Р„только на 30 ... 80 ов превышает давление за турбиной р,). )Келательно иметь меньшее давление и температуру перед предкамерной турбиной, так как наличие газогенератора и трубопроводов высокого давления при высокой температуре газа снижает надежность ЖРД и увеличивает его массу.

КПД насосов и турбины, пе влияя на удельный импульс ЖРД с предкамерной турбиной, оказывает влияние на массу и надежность двигательной установки. Чем меньше КПД, тем больше должны быть давление и температура газа перед турбиной (в газогенераторе), чтобы обеспечить баланс мощностей ТНА. Поэтому высокие КПД насосов и турбин совершенно обязательны для ~КРД с дожиганием. Логическим развитием схемы с дожиганием является схема «газ †г», при которой в камеру сгорания для дожигания поступают оба компонента в газифицированном виде (рис. 1.16).

Эта схема системы питания )КРД позволяет реализовать более высокие давления в камере сгорания. Для газификации койипонеитов используются два газогенератора, один из которых работает при избытке горючего, а другой — при избытке окислителя. Для осуществления схемы "газ — газ» целесообразно иметь две предкамерные турбины (при самореагирующих компонентах это требование обязательно). Каждая из турбин может приводить один насос, тогда в системе питания бУдет два ТНА, но можно установить турбины на одном валу с насосами и тогда конструктивно получится один ТНА.

При различных 23 давлениях в газогенераторах может оказаться целесообразным иметь отдельные насосы, питающие газогенераторы, с подачей в них части компонентов после основных насосов. 1.4.2. Системы питания с автономной турбиной После автономной турбины газ поступает в специальные сопла (иногда это рулевые сопла управления ракетой) и выбрасывается через них, создавая дополнительную тягу, Если хотя бы один из компонентов топлива является криогенным, то перед поступлением в сопла газ используется для испарения в теплообменнике определенного количества криогенного компонента, предяазначенного для наддува бака с этим компонентом.

Если один из компонентов топлива высококипящий (некриогепный), то часть газа после турбины может использоваться для наддува бака с этим компонентом. Источник энергии автономной турбины может быть связан с камерой сгорания двигателя и может быть независимым от нее. В первом случае турбина работает на газе, отбираемом из камеры сгорания, с последующим понижением его температуры до допустимой для турбины (например, с помощью впрыска одного из компонентов топлива) или на газе, полученном газификацией жидкости в рубашке охлаждения камеры сгорания. Оба эти способа использования камеры сгорания как источника энергии для турбины не нашли широкого применения в ЖРД. Первый способ потому, что решение задачи отбора газа получается сложным и снижает прочность и надежность камеры сгорания, а второй — ввиду его сложности и увеличения массы ЖРД.

В схеме с источником энергии турбины„независимым от камеры сгорания, газ для турбины получают в специальном газогенераторе. На рис. !.17 приведена схема системы питания ЖРД с автономной турбиной, к которой подводится газ из газогенератора, работающего на основных компонентах топлива. Такая схема является основной для ЖРД с автономной турбиной. Часть компонентов после насосов направляется в газогенератор. Газ после турбины используется для испарения части компонента, идущего на наддув бака.

Газогенератор работает при значительном избытке одного из компонентов для того, чтобы получить газ с температурой, допустимой для турбины из соображений прочности (обычио 800 „. 1200 К), В зависимости от того, с избытком горючего или избытком окислителя работает газогенератор, газ, поступающий на лопатки турбины, будет восстановленным или окислительным. Чаще всего в схеме с автономной турбиной используется восстановительный газ, так как у него больше работоспособность — больше значение газовой постоянной. Кроме того, окислительный газ при высоких температурах обладает сильными окислительными свойствами, опасными для металлических деталей. Газом, отбираемым после турбины, наддувается бак того компонента топлива, на избытке которого работает газогенератор. Рабочим телом турбины могут быть продукты разложения однокомпонентиого 24 топлива — химически Иеустойчивые вещества.

'перекись водорода, гидразина, изопропилиитрата и другие, которые разлагаются и газифицируются в присутствии жидкого или твердого катализатора или газифицируются путем теплового разложения. Твердый катализатор присутствует в газогенераторе, а жидкий катализатор подается в газогенератор, как и газифицируемое вещество, насосом или вытеснением из бака (рис, 1.18). Во всех схемах систем питания уКРД с автономной турбиной удельный импульс двигателя снижается в результате затраты топлива иа получение газа, выбрасываемого после турбины в атмосферу с меньшей скоростью, чем скорость его истечения из основного сопла.

Кроме того, химическая энергия этого газа ие используется в двигателе в полной мере, так как в этом газе присутствуют в виде пара окислитель или горючее, а в случае восстановительного газа, также продукты неполного окисления горючего. Для повышения экономичности ЖРД с автоиомиой турбиной расход газа через турбину должен быть возможно меньшим, т. е. автономная турбииа является г у 2 малорасходиой. При заданной мощности турбины, равной мощности, потребляемой насосами, требование малого расхода озиачает, что турбина должна создавать возможно большую удельиую работу — работу, отиесепиую Рнс.

!. !1. Схема системы питания 7КРД с автономной турбиной, газогенератором на основных компонентах топлива и теплообменннком! ! — бак; 2 — редукциоиный клапан; 3— аккумулятор даилении; 4 — обратный кла. пап! З вЂ” гааогеиерагор; б — регулятор тяги; 7 — турбина; а — насос; 9 — теплаобмеииик: гл — «папан; г! — камеРа его.