Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Важное преимущество гидразина по сравнению с другими однокомпонептпымп средствами газогенерации — отсугствие твердой фазы в продуктах разложения. Вследствие относительно низкого температурного уровня процесс разложения гидразипз, так же как и процесс разложения 1ДМГ, является неравновесиым, поэтому состав продуктов разложения и тепловой эффект процесса зависят от времени пребывания продуктов разложения в газогенераторе. Если это время составляет 0,005 --0,0!0 сек, то параметры геператорпого газа характеризуюгся следующими средними значениями: которые и следует принимать в качестве опорных данных для приближенных проектных расчетов при отсутствии опытных. В современном ракетном двигателестроении существует тенденция ликвидировать на борту ракеты третий компонент.
Поэтому другие самостоятельные (неиспользуемые в камере двигателя) однокомпонентпые средства газогенерации применя1отся редко и здесь не рассматриваются, з 83. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ДВУХКОАЗПОНЕНТНЫХ ЖГГ Как уже отмечалось, в современных УКРД применяются только такие двухкомпонептные газогенераторы, которые в качестве средств газогенерацпп используют компоненты ос. 376 ионного топлива двигателя при соотношении между ними, далеком от с.гехиомстрического. На рис. 8,! изображены графики зависимости ~езтперату- ры Т, газовой постоянной )7 и работоспособности ((РТ) продук- тов сгорания топлива керосин + Нг(Оз от избытка окисли- теля а, типичные и для других топлиь.
Ви?(по, что одна и та же температура То (порядка 1000 †!300 К), приемлемая для рабочих органов турбины, может быть лостипчута как при большом изоытке горючего (а((!), так и при большом нз. быткс окислителя (а >) 1). Образовавшийся ич топ- Р Рг лина с большим избытком горючего носстаповн- РТ тельный геиераторпый газ при о;)пой и той же темпеватуре 7;," имеет существепио большее значение газовой постоянной )(з, чем окислителье иый, вследствие значительного количества составляк~ших с малым моск лекулнрным весом (СО, Нз и т. п ) . Этот газ оказывает так?не слаоое воздействие на большинство конструкционных матерна.чов, что дает возможность повысить предельно допустимое значение температуры Т,", до 1300'К.
По этим прин?и~аз? работоспособность ЙТо" восстановитель- ного газа суп(ественно выше, чем у окислительного. Кроме того, параметры восстановительного газа (Л, 7" ?е) менее чувствительны к нзмснешпо а. Например, сс «1 осу?( Рис. В.1. Грвфики зввнсимости ?', ?( и КТ от а ')?о вт, ( тЗ)па )~<т В)п ~ >З' (8,б) * В нерввевстве (В.в) используется производная от ?е по !па (в пе по «), потому что допуск ре уляторз пз еслкчпну «овы нкз звлзется в виде относительной вечнчнпы аа,'а (илн ГЛ(Р).
В этом случае темп изменения темпера гуры равен дГо(д 1и а, 377 Это значит, что вгмходные параметры восстановительного газогенератора явля)отса стабильнымп лаже при пе очень точном регулировании соотношения между компонентами топлива а. Большой недостаток восстановительного газа состоит н том, что в пем обычно имеются самса н смолообразиыс ироду к- ты, способныс засорить проточпукт часть турбины н форсуньп камеры (в схемах ЖРЛ с дожпганием гснсраторпого газа). Окислительный жс гзз характеризуется отсутствием в его составе смол и сажи, а также тем, что це воспламеняется па воздуха.
Однако оп способен оказывать сильное окисляющее воздеиствпе на металлы, что заставляет снижать" предельно допустимое значение те' до 800 — !000' К. Вследствие пониженной работоспособности окнслптельпый газ более целесообразен там, где этот недостаток может быть без больтного ущерба лля экономичности двигателя компенсирован увеличением его расхода, например в )К!эД с дожиганием генераторпого газз. В этом слуше использование окислительного газа увеличивает к тому же располагасмую мощпосп турбины (Лт-— -йто6~стьо ), так как п)эп йроч~тх равных )слоииях расход окислителя (а вместе с ним н 6с,) всегда большсрзсхода горючего.
Увелнсшвая же располагаемуго мощность турбины, можно повысить давлешие в камере двигателя и тем самым увеличить его удельную тягу. Восстановительный геператорныи газ из-зз его большой работоспособности чаще применяют в ЖРД с выбросом турбогаза в атмосферу, где потери энергии топлива па привод ТНЛ имеют существенное значение, и поэтому расход рабочего тела турбины целесообразно уменьшать. Вследствие большого избытка одного из компонентов топлива в двухкомпонентном газогенераторе прн любой схеме смесеобразования невозможно обеспечить равномерное поле бои Аи(йо= — „1. Это положение, очевнцпое в случае примет:,", т' пения однокомпопептных форсунок, является справедливым также и прн и:пользовании Лвухкомпонентных форсунок, поскольку при нх изготовлении всегда существует разброс размеров, солености, 'шстоты обработки каналов и других факторов, влияющих па рзвпомерпостьраспределепияжпдкости в конуса.: распила.
Ьлв~ттяаря этому в газогенераторе обрззуютстт зоны с самым разлп шым соотношением компонентов. Процесс испарения компонентов топлива усиливает неравномерность в распрецелеппн теи вследствне неояннаковой скорости испарения горючего и окислителя. В зонах с благоприятным (близким к стсхиометричсскому) соотношением компонентов горение протекает бышро и на высоко- температурном уровне.
В зонах с неблагоприятным соотно- ' Л июпы и иосси отиотмиагьси от его ириисиеиии, неирит~ер, если окислителси с.суиоп фтор. гпспцем ком«о«оптов горсппе то«лпва «рг»«ходит вяло цлп вооощс пс имеег места 11« этих зо«смсс! л»ффундирует в соседние зоны (зоны горения) и там перемешивается с продукгами реакции, вступая с ними в химическое «заимопейс щп «ли термически разлагаясь, «ли просто пол»резвясь и испаряясь. В рсзульгеме диффузионных проц«его«»ар«метры газа «остапе«по выра«циваются.
Ос«о«на« трудцость расчета л«ухкомпоцентпых ЖГГ состоит в том, что пецзвестны ци конечпый спета« продуктов сгорапия, ни скорости химических реакций, го обусловливающих. Вследствие «»эких температур «ргмя установления хими ~еского равгцюег«я в ЖГГ велико (гор;юло больше, чем «ргма пребыв««пя ««см топлива). По эт«й при ццн процесс горения «ЖГГ цс является равновеспым, а следователь«о, прп расчете .состава генерагорного газа необходимо учитывать кинетику химических рсакпий и скорость термического разло ке«ця комцопе«та топлива, находящегося в избытке.
Ки««тика этих процессо«изучена недосгаточпо. Поэтому расчет лвухкомпонентпых ЖГГ можпо произвести, только имея опытные ла«цые о составе и параметрах генератор«ого газа. й взк КОНСТРУКТИВНЫИ РАСЧЕТ ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ И ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ ЖГГ В да«пом параграфе рассматривается расчет только газогенератор««(реакторов), поскольку агрегаты систем подачи топлива и автоматика систем газогсцерации принципиально цичем пе отличаются от агрегатов соответствуюгцих систем основного двигателя. Расчет реакторов перекисеводородного и других одиокомпо- нентиых ЖГГ В современных ПГГ лля разложения раствора НзОз используются главным образом твердые катализаторы.
Это существенно упрощает копструкпшо и эксплуатацию ПГГ. При коцструктивпом расчете реактора ПГГ необходимо определить основные размеры реактора, вес и размеры пакета катализатора. Исходными данными для расчета служат концентрация и температура водного раствора НзОИ характеристики туро«вы (потребная мощпость йг„относительный эффективный КПД э)„, давление па входе и выходе изтурбины )э, и р|) и катализатора (его удельный вес Т„„, активность а «пол«ый ресурс Л). Лктивность катализатора характеризуется количеством раствора НзОИ полностью разла- 379 Расчет реактора ПГГ производится в такой последовательности.
1. По извсстпым характеристикам раствора Н?О, (К и Ти!) определяются термодинамические параметры парогаза 7е, Гтжи /г (см. Ч 8.2). '2. Вычисляется сраоатываемый в турбппе теплоперепадйо и С?" — потребный расход рзс?вора НяОя. ?? — 1 ?к=а.—,", ???",[? - ( — !) !С вЂ”,г — ); ?а?? а и Л?а?т ~ кГ 1 (8.8) кГж где М,— потребная мощность турбины в — '. сем ' 3. Рассчитывается вес пакета катализатора )'„„= — [тгГ[. 6" я Полученная величина должна удовлетворять ?и'.равенству Оос < 1;„,Л, (8.9) которое означает, что полный расход раствора НяОя (за все время работы двигателя т) должен быть меньше полного ресурса расчетного количества катализатора. Если левая часть неравенства (8.9) значительно меньше правой, можно повысить допускаемое значение а до 2 кГ??кГ ° сек, так как при малом С?" «износ» активной масси! катализатора ззк?атно снижается.
4. Вычисляется объем пакета катализатора (?кат ~/ кат [ Иа[ кат ' Полнота ратложе?о!я Н?0? может укуди?аться иа-за аымыиаиия и !носа актиииоа массы !ааталиаатора потоком жидкости. 380 гаемого 1 кГ катализатора за 1 сек. Полный ресурс А предстзвляет собой количество раствора Н?Оп разлагаемое 1 кГ катализатора без заметного ухудшения полноты разложения '. Средние значения этих характеристик у применяемых катализаторов: ! кат (о()() т г л?а Размеры пакета определяются из условия, что разложение П.Ог достигается на длине пути сс в пакете 1., равном 70 — 100 мм.
Если в реакторе имеются турбулизаторы (шнеки) и отводящие трубопроводы длинные, величину 7. можно сократить до 50 — 50 мм. При выбранном ! диаметр пакета 1оп >ко внутренний диаметр реактора) опредетяется соотношением с7с = ~л — "у" И. / м'„„ Проверка правильности выбора Нр производится по допустимой абсолютной расходопапряжснностн катализатора Чбл", Г ад= — —,,-) сл, Величина 6» должна быть нс более 5 Г)с.нз ° сек. Объем реактора )лр больше объема пакета катализатора на величину объемов полости входа )л„и сборника парогаза )лсс. По статистическим данным 1',х=0,25 )лна, и )л,с=0,75 1'„„. Поэтому' )ля=2 )лн„.
Толщина стенок реактора определяется расчетом его на прочность. Конструктивный расчет реакторов других однокомпонснтных ЖГГ осуществляется аналогично реактору ПГГ. Прц этом используют либо опытпыс, либо рекомендуемые в 8 8.2 значения параметров генераторного газа. Потребный расход средства газогснерацин вычисляется по формулам (8.7) и 18.8). Для ориентировочной оценки объема и размеров газогенератора испочьзуются опытно-статистические параметры; время пребывааня топлива т„р и абсолютная расходонапряжецность 6г.
Средние значенил этих величин Лн.1лс - а 6" Г =(5 — 10) 10 — а гвк; 6я===5— сР дтн6" ' ' я д см'сск' с а Отсюда 6-7ЕГ," 1' р = тпр [м')1 Лсс гт . 1см ). В последней формуле расход газа 6" должен быть выражен Г в —. сск ' Расчет реакторов двухкомпоиентных ЖГГ Расчет реакторов двухкомпонентных ЖГГ существенно зависит от организации в них рабочего процесса. Основное 381 отлн п>с одной разновидности газогенераторов от другой состоит я схеме вводя кох>понентов топлива в рсяк>ор. У газо>операторов 1 типа все топливо вводится через головку, т.
с. в одном ссчеш>и, как в камере двигателя. У газогенераторов П типа находящийся в недостаткс компонент топлива (горя>- чсе при а,.„ >) ! или окислитель прня„ .ед!) и часть второго (избыточного) вводятся через головку, а остальная часть избыточного компонснгя топлива вводится через различимо щ>сппяльпьи устройства, расположенные ня некотором удал! >щи от головки. Гсператс>ры 1 типа используются обышо в тех случаях, когда компонентами топлива служат легкоиспарлющиеся и высокоактивные вещества. Реакторы !1 типа чаще примспякптя тогда, когда компонгнты топлива плохо испаря>отея и 5>ялояктиллы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
