Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 69
Текст из файла (страница 69)
По способу получения газа требуемой температуры двухкомпонентные газогенераторы подразделяют на окислительные (работающие прн большом избытке окислителя и >1) и восстановительные (работающие при большом избытке горючего л=-"... 1). В принципе возможно охлаждение продугстов сгорания основного топлива ппрыском посторонней л идкостп. Однако такие (грехкомпонентцыг) схемы газогепсрпции более сложны и поэтому пеперспсктивиы. 3, Испарение жидкости в тракте охлаждения камеры двигателя. При этом способе получения рабочего телз турби1гы одновременно репшется и задача об охлаждении стенок камеры двигателя.
Газогенераторы этого типа называют парогенераторами, а схемьг двигателей — безгенсраторпьюш. Схемы пирогенераторов подразделяются па цпркуляцноппые и со сменой рабочего тела. В первых произвольное рабочее тело (например, вода) циркулирует по замкнутому контуру: тракт охлаждения камеры — турбина — конденсатор — — насос— тракт охлаждения камеры, преврапгаясь попеременно то в пар, то в жидкость в различных его частях. В схемах со сменой рабочего тела эта циркуляция отсутстеует. Рабочее тело после турбины выводится из цикла. Очевидно, что непосредственный выброс отработавшего газа в атмосферу заметно ухудшил бы экономичность двигателя, так кзк удельная тяга выхлопных патрубков всегда меныце удельной тяги камеры двигателя. Чтобы устранить эти потери, в тракт охлаждения камеры обычно посылается один из компонентов топлива.
После испарения н срабатываюи в турбпце оц направляется в камеру двигателя, где и сжигается вместе со вторым компонентом. Таким образом, безгеиераторные двигатели выполняются * по схеме с дожиганием рабочего тела турбины. По конструкции системы газогенерации значительно отличаются друг от друга, но тем не менее в каждой из инх можно выделить следующие общие основные элементы: — газогенератор; — топливоподающие устройства; — автоматику. В газогенераторе (иногда называемом реактором) непосредственно образуется рабочее тело турбины -- гиз или пар заданных параметров.
Топливоподающие устройства обеспе- ь циркуляпионные парогенераторы а настояшее креня не применяются, так как они имеют более сложную схему п ббльюия асс (иа-аа налгюпя дополнительных крупногабаритных агрегатоа: кондепсатороа и теплообмеппикоа), 3?2 чггвягот поступление средств гязогенерапни (исходных веществ) в реактор. Автомзтпка осуществляет регулирование рабочего процесса, я также запуск и выключение газогенератора.
Ипогта (паприхгер, при ряооте нз основном топливе) система газогенерации не имеет самостоятельных топлгпгоподгчюпгнх устройств. В этом случае пнтяппе газогепсрагора топлгшом обеспечивается системой подачи двигателя. й 82. РАБОчий пРОпесе ОднОкОмпОнентных ГЛ3ОГЕНЕРЛТОРОВ Перекисеводородный газогенератор (ПГГ) В совремгппгих )1(РЧ среди одпокомпопентвых газогенераторов паиболыпее распространение получили перекнсеводородные, т. е. работагощие пв перекиси водорода НзОз.
Обычно применяется ее водный раствор, содержащий не менее 80 — 85е(е (по весу) перекиси водорода. Из растворов меньшей концентрации образуется газ с низкой температурой (и ряботоспосооностыо), Рабочий процесс ПГГ состоит в кзталитическом разложении НзОэ по уравнению НзО, НзО+ 0,50, + 12848 икал(КГ смоль!э (8.1) В качестве катялиззторон используются пермапганаты щелочных металлов (1чаМпОБ КМпОч) или сетки из серебряной проволоки.
Тепло, выделяющееся при разложении раствора НзОБ затрачивается ня испарение балластной воды и подогрев смеси паров воды и молекулярного кислорода, именуемой парогазом Произведем расчет состава и термодипамических параметров парогаза. В соответствии с уравнением реакции (8.!) весовые Доли воДы ((„ о и кислоРоДа Ао в пРоДУктах Разложения 100% НзОз составят Рн,о !3, О био, ОД 3Э !б К ГГ'О Рн,о, 34 ' О' Рн,о, 34 34 где Рп о, Ро и Рп „вЂ” молекУлЯРные веса воды, кислоРоДа и перекиси водорода соответственно.
Само собой РазУмеетсЯ, что ив „+ Ко = — 1. Если весовая концентрация НзОз в растворе равна К, то 1 к!' раствора содержит К кГ !00'(о Н,Оз. Поскольку кисло* Тепловой эффект реакции указав длв !Оба!а НзОэ при В' С. Вада при этом считается находящейся в газообразном состоаиии. 1б род образуется тол~ ко из Н-Оз в количестве —, к1' из 1 кГ л! Н.Оз, весовая доля кисло!иди в ! кГ рзствора исрсьиси водорода коицситрации К будет равиа 16 (8.2) а весовая до.тя воды 1б %~о=! ~ =1- ' з о, "'з! (8.3) Ввиду то~о что температура образуюгцсгося парогаза ие превьиизст !000'К и при этой температуре стспспь диссоциация НхО и Оз ничтожна, состав парогазз ис зависит от давления и определяется только концентрацией раствора НзОв Разложение раствора Н,Оз в газогенераторе происходит в потоке, при постояииом давлении и в адпабатнческих условиях.
!'!зобзрио-а,'пгзбатический процесс в потоке совери~оется, как известпо, при постояииой эитальпии рзбочего тела. Поэтому теоретическая температура парогаза Т„" может быть определена из урзвиеиия сохранения полной эитальпии: (8.4) 1ииои ' 1вг 'е где 814 1,и о, — полиая эптальпия ! кГ раствора НзОз концентрации К при начальной температуре Т (при температуре из входе в газогенератор); 1,„ — полная энтальпия 1 кГ парогаза при искомой температуре Т„.
Левая и правая части уравнения (84) вычисляются слс- дуюшим образом: 1!н,ои =1и.о.К+ 10ио> (1 — К)+д1в' (8.5а) (8.5б) и где 1 — полная эитальпия ! кГ100% НзОз при теми,о, пературе Т„и 1пьо~ — полная эитальпия ! кГ воды при темперан~ туре Тип й1„— теилосиэй эффект растворения НзОз в воде, зависяший от концентрации раствора К; 1шо - -полиая знтальпия 1 кГ водяного пара при <н,о~„ температуре Т;,„' 1 — полная эитздьпия 1 кГ газообразного кисо, порода при температуре Т,:,. Значения полньж энтальпий Н20ь (НзО);„, (НзО)„, Оз н Л1!, 3!!Пм!'Гвуются из соотвстстнуюшпх сирано'и!Иков.
По скольку до расчета температура парогазз ?„ неизвестна, ее определи!от методом подбора. Порядок действий прп этом таков: вычисляе!ся значение 1н, о, но соотношению е (8.5а); — зада!отсн несколькими значениями 1 !(Тч!, Там Т, и т. д.), близкими к гокнлземой, и рассчитывают 1„г по соотношгпию (8.5б). Исти!шым значением теоретической температуры парогазз Т* будет то значение Тчь при котором удовлетворяется уравненис (8.1).
Действителишя температура нарогзза меньше теоретической па 3 5!Ъ пз-за неполного разложения Н Ох, Послеопредглення состава и температуры парогззз остальные его парах!езры рассчитываются как параметры гззовой смеси, состав которой известен. Другие однокомпонентные газогенераторы Кроме перекиси водорода одпокомпонентными средствами гззогеперации могут служить несимметричный диметилгндразнн (НДМГ), гидразип, нзопропилиитраы окись л идена н другие вещества (3, 6) НДМГ и гнлразип испол!ыу!отея в качестве компонентов основного топлива Ж1эД, по!тому, применяя пх как средства газогенерации, можно упростить конструкцию двигателя, повысить его надежность и облегчить эксплуатацию ракеты.
НДМГ является эпдотермическим соединением и при температуре, превышающей 350'С, спосооен быстро разлагаться, выделяя тепло, достаточное для нагрева продуктов разложения выше температуры начала интенсивного разложения (т. е, выше 350'С). Поэтому процесс разложения НДМГ, будучи возбужден, в дальнейшем может самоподдерживаться без дополнительного подвода тепла извне. В зависимости от условий проведения процесса в продуктах разчоженнп11ДМГ могут содергкаться в различных соотношениях следу!он!не вещества: метан СН!, аммиак КНм молекулярные азот н водород, а также в незначительных количествах этан С:Нм метил- амин СНзКНм пары НДМГ, цианистый водород НСК и твердый углерод (сажа).
Последннй ооразуется только при зна штельпом времени пребывания 11ДМГ в газогенераторе в результате крекпнга и пнролиза промеж) !очных продуктов. В обычных же условиях это время мало (0,003 0,010 сек) 375 и содержание гюки и геперзторпом газе оказывается нсзиачителып~ч. Вследсзвие хнмпческои перавновесносги процесса состав продуктов разложения НДМГ зависит от времени пребывания его в газогенераторе и поэтому должен определяться экспериментально.
При отсутствии опытных данных для приближенных проектных расчетов газогенератора можно рекомендовать следуюгцие средние значения параметроь парогаза: г!спользовзпие гидразина в качестве одпокомпопептпого средствз газогенерапин также основывается пз его спосооности к термическому разлоукению, призом распад гидразина сопровождается выделением такого количества тепла, которого вполне достаточно для того, чтобы поддержать процесс на нуэкцом температурном уровне.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
