Волков Е.Б., Мазинг Г.Ю., Шишкин Ю.Н. - Ракетные двигатели на комбинированном топливе

В 67 УДК 029.7,036.скй001.2102) Волков Е. Б., Мазинг Г. Ю. и Шнгпкин Ю. Н. Ракетные дзн. ~шгслн на комбпннронаннон тогипне. Ы., «Машяпостроеппе>, )г)73, стр. 134. В книге рассыатразаются вопросы теории ракетных денга. гелей, работаюшнх на таердо-жндкнх коипоишпзх топлпва, н ракетных двигателейг аа твердон топлнве с зарядами раздельного снаряжения. Приводится рззлнчные схемы и оппсыеаются принципы работы таких двигателей; приводятся данные о топшшах. Излагаются озеленяя по выбору основных парзметрон ка.

мер сгорания, теплообмену н гюрейию топлнпа а камерах, Отмечаются особенностя регулироазння я рассматриваются сштнческие хорактернстакн двшптслей, работающкх па кои. бнннрованпых топлнпзх. Конга предназяачена для ннженероп н научных работнн. кон ракетного двнгателеетроеппя. Опа будет полезна такясе стулеатан и аспнраятам высших учебных ззнелений. Табл. 18. Ил. 74. Сгшсок лят. 09 назн.

Рецензент д-р техн, паук, проф. С Д. Гришин 3166 — 206  — — „20$ — 73 038(01) — 73 ПРЕДИСЛОВИЕ В зарубежной научной периодической литературе в последние годы опубликован ряд материалов по результатам исследований и разработки ракетных двигателей на твердо-жидких компонентах топлива (гибридных ракетных двигателей). Настоящая книга представляет собой попытку обобщить и систематнзировать те разрозненные сведения по теории гибридных ракетных двигателей (ГРД), которые были опубликованы до сих пор и стали известными авторам.

Зяачительное внимание в книге уделено процессам, протекающим в камерах ГРД. Так как по особенностям зтпх процессов много общего с ГРД нмек1т ракетные двигатели на твердом топливе (РДТТ) с двумя зарялами разного состава, то в кинге рассматриваются и некогоргяе вопросы теории РДТТ такого типа. Основным в настоящей книге является изложение основ теории двигателей; вопросы нх расчета, там где онп включены в кннГу, излаГшотся Главным Образом для ТОГО, чтобы провалю стрировать прямепеннс теории лвнгателей для нужд практики.

Формулы и числовые величины, характеризующие лвнгатели и пх топлива, приведены в соответствии с Межлупародпой системой елинпц (СИ). Параметры н ссемы двигателей лаются па основе иностранных публикаций. Введение и гл. 1 книги написаны Б, Б. Волковым, главы 2— 4 — Г. Ю, Мазппгом, главы 5 и 6 — - Г, Б. Волковым и !О, Н. Шишкиным.

Лвторы выражают олаголарность д-ру техн. паук С. Д, Гришину за ценные замечания, сделанные пм прп рецензировании кппгн, и заранее признательны читателям за критические замечания как по существу излагаемых вопросов, так н по методике нх изложения. Все замечания просим присылать по адресу: Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3, издательство «Машиностроением. ВВедение Все основные успехи в развитии ракетостроения, которые были достигнуты за последние десятилетия, связаны со значительным прогрессом н улучшении характеристик двигателей, применяемых на боевых и космических ракетах, От стспен~ совершенства ракетного двнгателя в сильной степени зависят основные особенности и показатели качества ракеты илн космического аппарата, па которых он применяется.

В связи с эп!м попятнг, то оольшое нппманне, которое уделяется во всех странах, где создаются ракеты, развнтшо и совершенствованию ракетных двигателей. В настоящее время практически па всех )за очень редким исключением) боевых и космических ракетах и па космических аппаратах использу!от ракетные двигатели, работающие на жидких илп твердых топливах (>КРД и РДТТ). Применение современных ЖРД п РДТТ позволяло создать весьма совершенныс ракеты н решить ряд сложнейших технических задач, однако развитие ракетостроения продолжается и будет продолжаться, п в связи с этпч совершенствование двигателей Остается по-прежнему важной и актуальной задачей, Направления дальнейшего улучшения характеристик ракетных двигателей определяются нз анализа тех основных требований к ппм, которые обычно формулируются в теории ракет и согласно которым необходимо, чтобы: а) лвпгзтсль имел возможно больший удельный импульс; б) двигатель прп данной силе тяги нлн прп данном запасе топлива пмсл возможно меньшу!о собственную массу; В] двнга'3е:!ь ВО Всех Возможных тсловиях рабОты обеспечивал бы с задаппымн прсделамн треб)емый режим работы— силу тяги, время действия, регулирование параметров, необходимое число включений и выключений н т, и.; !) двигатель Ооладал надежностью пе мш!вшей, данная; д) эксп.туатадпя двигателя была простой и безопасной для личного состава; е) стоимость двигателя была возможно нпзкон.

В зависимости от типа ракеты (летательного аппарата). из като!рой применяется двигатель, относительная степень важности !ого или иного требования, конечно, меняется. Так, требования пов!»Ииеипи улельнгио импульса п снижения удельной массы тем более важны, чем балыпе дальность !Мкаета ракеты (и поэтом) нзиболсс важны для космических ракет); требования простоты зксп !' зтации и малой стаимос1и, наоборот, -"- для !»Осмичсских ракет менее важны, чем для ракет массового применения. Более !ого, сеть требования, которые характерны для лвигагслеи ракет лишь какого-то од!И!го вида. Тзк, например, только лля двиппслей боевых ракет, как правило» формулируется треаоиапие а том, чтобы дви!'ате.ть длитсльиас врсмя (Годы) хрз. иился в состоянии готовности к пуску и запускался очень бысгра (секуиль1) ! для двигателей косьшческих аппаратов возникают свои специ<)!ические требования возможности запуска в условиях невесомости и вакуума и др.

Большая часть характеристик двигателей, а с.тедовательпо, и возможность выполнения соответствующих требований к двигателям зависят от вида и качества топлива, применяемого в двигателе. В связи с этим вопрос выбора топлива приобретает исключительно большое значение. Поясним это некоторыми примерами. Температура и состав продуктов сгораипя в камере РД опрелелякжся главным образом своиствами топлива и, следовательно, этими свойствами определяется и !дельный импульс двигателя, так как ои пропорционален )»!!Т„., где )с' и Т„.— соответствспио газовая постоянная и температура продуктов сгорания.

Совершенно очевидно, что от свойств топлива (например, от его плотности') зависят массы баков жидкого топлива, устройств для его подачи в камеру ЯРД, масса камеры РДТТ и ряда других элементов двигателя. Чем больше плотность топлива, тем меньше потребные объем!»! баков и камеры, и тем меньше, следовательно, масса всей ракеты, Регулирование силы тяги двигателя, выключение и повторное включен!с его осуществляются главным образом изменением количества топлива, сжигаемого в единицу времени в камере двигателя.

Так как лля разных видов топлива это изменение можно осуществить с большим пли с меньшим трудом, то вид ~~ил~в~ оказывает к(1з!И10 взжпос влияние и пз танис кзч1.ствз 11вигагстей1, как возможность их регулвроваипя и многократного запуска. От видя топлива зависит в сильной степени стана!Ость п1скз рикст!! — — »!срез стоих10ст!» сзмоГО топлива, чсрез стОимОсть материалов, применяемых в двигателе, через состав п стоимость згрегатои комплекса, которь1с меняются в зависимости от впдз топлива.

Не требует специальных пояснений влияние свойств топлива на особенности эксплуатации двигателя, на возможность хранения его длительное время в состоянии готовности к пуску н т. п. В связи с отмеченным двигатели, работающие ца жидких н на твердых топливах, имеют существенные различия. Каждый нз двигателей этих типов обладает своими достоинствами н недостатками. Достоинствами ЖРД являются: а) возможность достижения высокого удельного импульса. Это достоинство ЖРД связано с тем, что в качестве отдельно хранимых компонентов топлива для двигателя этого типа можно иметь вещества, которые прн смешении и горении дают очень большой выход энергии; б) относительно низкая собственная масса двигателя — особенно для длительно работающих двигателей с болыпой силой гяги; в) возможность многократного включения и выключения двигателя и регулироваш1я его силы тяги, что обеспечивается относительно простым управлением подачей каждого из компонентов топлива в камеру; г) возможность относительно длительной работы двигателя.

Практически для ЖРД время работы ограничивается только запасом топлива. Термостойкость камеры обеспечивается в течение этого времени охлаждением се конструкции компонентами топлива; д) низкая стоимость самого топлива, особенно в случае использования в качестве его компонентов веществ, производство которых хорошо освоено промышленностью н имеет широкую сырьевую базу. Основные недостатки ЖРД связаны прежде всего с тем, что вследствие необходимости иметь на борту жидкостной ракеты отдельные баки и устройства для подачи топлива в камеру, усложняются ее конструкция, производство и эксплуатация, а также снижаются возможности длительного хранения ракеты с заправленным топливом и достижения высокой надежности.