Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 71
Текст из файла (страница 71)
1.!сходпь>мп дяпнымн для расчета газогенераторов 1 типа служат: вид топлива, предельно допустимая температура геператорного газа 7Р, давление в газогенераторе гьг, термодинамические параметры газа ()х, /) н характеристики турбинь!. Задачи расчета состоят в том, чтобы определить, вопервь>х, соотношение компонентов топлива /г" и, во-вторых,— разх>еры рсактора. Г1ервал задача решается на основе экспериментальных данных о зависимости температуры гепсраторного газа от соотношения компонентов й" прп заданном давлении рр, Расчетное значение >!" определяется предельно допустимой температурой Т> и выбранной природой газа (окислительплый илн восстановительный), Как уже отмечалось, в двигателях без дожигания турбогаза пелесообразпей применять восстанопительный гяз вследствие большей его работоспособности, Для того чтобы решить вторую задачу, сначала по формулам (8.7) и (8.8) надо найти потребный расход генератор- ного газа 6" (равный расходу топлива С! ), а затем и расходы компонентов топлива: (8.10) Объем газогенератора находится по времени пребывания чрр топлива в нем: Величина т>р должна быть достаточно большой, чтобы компоненты топлива успели прореагировать, и в то же время достаточно малой, чтобы не наступили счишком глубокие формы разложения углеводородов (образованис сажи и кокса).
По опытным данным пятил>альное х,>> равно (3 —:1О) 10-' сек. (28]. Е!иалгст)г реактора выбирается по допустимой относительной рпсходонанряжеппости а" Г Г Е " г е рггд„~ см'сел алгм~ ' Для восстановительных ЖГГ рекомендуется 6ер выбирать в пределах 0,6--0,9 Г)смл ° сек ° агм, для окислительных — 1,5 — 2,0 Г(слгг ° сек пт.н (41) Головки и форсунки газогенераторов 1 типа рассчитываются аналогично головкам и форсункам камер ЖРД. 11рн этом, чтобы обеспечить высокое качество распыла п смешения, необходимо использовать малорасходные и высокоперепадпыс центробежные форсупки.
Исходными данными для расчета газогенераторов 11тнпа также являются давление рг„, предельно допустимая температура гснсраторного газа 1а", его физические «константы» ()с, Й) и характеристики турбины, а последовательность расчета отличается только тем, что после определения общего соотношения между компонентами топлива гг" назначают соотношснис расходов компонентов, подаваемых через головку. Это соотношение долзкно быть таким, чтобы избыток окислителя у головки а„,г, для восстановительного ЖГГ оыл не меньше 0,4, а для окислительного ЖГà — пс больше 1,5.
В противном случае трудно обеспечить устойчивость процесса в реакторе. Далее по формулам (8.7), (8.8), (8.!О) вычисляют расход гснераторного газа, расходы компонентов топлива через газогенератор и через головку. При этом учитывают, что один нз них (находящийся в недостатке) посылается в головку полностью, а другой — в количестве, удовлетворяюьцем соотношению бгал гал бегал ' г гДЕ Ф„.л = и„,гг„,;1 (здесь я„„— стехиометрнческое соотношение между компонентамн топлива).
После этого определяют расход избыточного компонента топлива через узльг дополнительного ввода как разность между общим его расходом через газогенератор н расходом через головку, И наконец, по выходным параметрам гепсраторного газа, его суммарному расходу и суммарному времени пребывапия таа находят потребный обьем газогенератора, Г1опереч- ные размеры газогенератора опредсл>потся допустимой расходопапряжеппостью (абсолэотиой 6и нли относительной 6,„), Длина первой зоны (зоны высокотемпературного горения) рассчитывается по времени пребывания в пей топлива. В остальном расчет газогенераторов П типа аналогичен расчету газогенераторов 1 типа. 5 взь ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ НАДДУВА ТОПЛИВНЫХ БАКОВ У ЖРД с выгеснительными системами топливоподачи горючее и окислитель поступают в камеру под действием изоыточного давления г, баках. Следовательно, для работы таких двигателей давление в баках должно быгь более высоким, чем в камере.
У ЖРД с насосными системами топлнвоподачи давление в баках значительно меньше, чем в камере, но и здесь оно поддерживается ббльшим, чем давление в окружающей среде. Давление в баке обычно создается вводом газа в свободный объем бака, т. е. наддувом бака, хотя в принципе это возможно осуществить и другими способами, например подводом тепловой энергии к газу в свободном обьсме бака (нагреванием). Совокупность устройств, вырабатывающих на борту ракеты газ и обеспечивающих им наддув баков до заданного давления, называется системой и а ад у в а. Системы наддува двигателей с вытеснительной подачей топлива обычно называют аккумуляторами давления. Нсооходимость наддува баков при вытеспительпой подачс топтива очевидна. Наддув баков двигателей с насосной подачей топлива производится, чтобы; — устранить кавнтацию в насосах па всех режимах работы двигателя; — ускорить выход двигателя на номинальный режим; — улу пппть весовые характеристики баков 1умеш шить вес баков).
Обсспсченне бсскавитациоппой работы насосов на номинальном режиме повышением давления в баках рассмотрено в 5 6.6. Большую роль играет наддув баков во время запуска и в кошэе работы двигателя с разгруженными баками. 1'ели перед стартом предварительно не создать в ппх определенное избыточное давление, то в момент запуска может наступить кавитапия в насосах, Кроме того, с повышением давления жидкостей на входе в насосы давление за насосами прн запуске быстрее достигает требуемого значения, н двигатель быстрее выйдет на номинальный режим.
При этом умень- шитов достар>опий расход топлива, что увеличит дальность полети раксты Быстрый выхол лвигателя на режим при пуске ракет пз шахт уменьшает загазованность последних продуктами сгорания и время воздействия высокотемпера- турной газовой струн па оборудование ~вахты. 11ри переходе двигателя па режим конечной ступени (пе- ред выключением) снижается его тяга п уменьшается уско- рение ракеты (уменьшается осевая перегрузки — -) . К этому у '> л,)' жс времени уменьшаются и высоты столбов жилкостсй 6,„ (см. рис, 0.8) вследствие израсхоловапия компонентов топ- лива.
Поэтому инерционный ~ †, Ь„Г„) и гравитационный у у (Т,„А>к з)п з) подпоРы жидкости Уменьшаютса и пацает сс дав- ление на входе в насосы. Олпако из-за того что уменьшается расход топлива (па- дает число оборотов ТНЛ), снижается и пспребпос давление жидкостей нз входе в насосы.
Поэтому возможны случаи, когца и ца режиме конечной ступени лавлепис жидкостей на входе в насосы остается в необходимых пределах. Однако чаще встречаются обратные случаи, особенно при использо- вании компонентов топлива с высоким Лавлснисм иасьпцеп- ных паров (папримср, сжижеипых газов). Тогда нсобхолимо повышать давление жидкости на входе в насос, что и дости- гается палдувом бака.
При этом иногда целесообразно по- вышать давление нс в самом баке, а только в магистрали со- ответствующего компонента топлива, предварительно разоб- щив ес с баком специальным клапаном. Вес баков при наддуве их газом уменьшается по следую- щей причине. Стенки баков, как всякие тонкостенные обо- лочки, легко выцерживают большое внутреннее давление, создающее растягивающис усилия, и плохо переносят на- ружныс сжимающие нагрузки, вызывающие потсрю устой- чивости, т. с.
их смя>ие. Величина внешних сжимающих на- грузок, при которых бак теряет устойчивость, всегда значи- тельно мепыпе, чем внутренних растягива>о>цих нагрузок, вы- зывщогцих его разрушение. Поэтому уже при незначительном поныв>снии лавления в баке происхолит компенсация воздей- ствия внешних сжимающих нагрузок, что и позволяет вы- полнить степки баков более тонкими и легкими, рассчитан- ными только на восприятие небольших растягиваюших уси- лий, Чтобы решить все указанные задачи, применяют раз- личные вилы палдува баков: — предстартовый наддув разгруженных баков, обеспечи- вающий нормальное протекание запуска двигателей всех сту- пеней ракеты; — бортовой наддув, обеспечива>ощий работу лвигателей у Рвг6 КГ (8.11) где (; — свободный от жидкости объем бака; )х и Т вЂ” газовая постоянная и температура газа в баке.
Это количество газа вместе с весом емкости, в которой он содержится перед пуском (или генерируется при работе двигателя), и арматуры представляет собой частг пассивного веса ракеты и поэтому должно быть минимальным. Из формулы же (8.1!) следует, что величина У будет тем меньше, чем выше газовая постоянная н температура газа, т.
е. чем выше его работоспособность )г7. Следовательно, в качестве рабочего тела систем наддува целесообразно выбирать газ, нмеюцгнй наибольшую работоспособность. Г1ричем необходимо стремиться к тому, чтобы обеспечить высокую работоспособность газа не повышением его температуры, а подбором газа с большим значением газовой постоянной )г. 1!рн повышении температуры газа материал баков нагреваегся, а ел< югательцо, снижаются его механические как с насосными, так н с вытеснительнымн системами топлпноподачп па поминальном режиме; — наддув, обеспечивающий нормальную рабогу двигателя на режиме конечной ступени. Каждый из видов наддува характеризуется своим способом осуществления, природой используемого газа, величиной давления и другими специфическими особенностями.
Отличительными признаками, по которым различают одни системы наддува от других, являются природа вводимого в бак газа и способ его получения. В настоящее время для наддува баков используются: — предварительно сжатые газы (воздух, азот, гелий); — продукты сгорания (разложения) специального однокомпопептного твердого илн жидкого топлива; — — продукты сгорания основных компонентов топлива; — сжиженные газы (с последующей их газификацией); — воздух атмосферы (при полете ракеты в плотных его слоях). Выясним, как влияют свойства рабочего тела на характеристики системы наддува. Если пренебречь начальным (до наддува) количеством газа в баке н различными вторичными эффектамн (теплообменом газа со стенками бака, взаимодействием газа с вытесняемой жидкостью и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
