Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 72
Текст из файла (страница 72)
п.), то количество газа У, поступившее нз аккумулятора давления в бак за все время работы двигателя, может быть определено из уравнения состояния свойства, что приводит к необходимости упрочения и утяжелешзя ба- 1 ков. Кроче того, высокотемпературный газ отдает много тепла стенкам баков и окружаюн1сй среде, а это уменьшает его работоспособность и, следовательно, приводит неэффективному использован«ю энергии, затраченной на нагрев газа.
в Однако гзанпым препятствием длн пгполь цшпппя пьц окотемпсратурпого газа слузгпзт прогрев верхних слоев компонента ~опгзина, который пс.келателен по следующим причинам. 1, Он повышает давление насыщенных паров зкидкостсй н может привести к канитации в конце работы днигателя 1когда в насосы р Рис.
8зп Прониипиальнвя начинают поступать подогретые сзеззв газового зккгиулятокомпоненты топлива). рв ловле зпв 2. Прогрев увеличивает разброс факторов, возмугцаюптих работу двигателя, и требует дополнительной компенсации этого разброса системами регулирования (повышает нагрузки на системы регулирования двигателя) . 3. В конце работы двигателя прогрев мозкет привести к термическому разложению компонентов топлива. 4. Если компонентами топлива служат сжижепныс газы 1жидкий кислород, жидкий водород и т.
п.), то прогрев вызывает интересное испарение их, что приводит к потерям топлива через дренажно-предохранительные клапаны баков При насосной подаче топлива для наддува баков применяют воздух атмосферы, сжатые газы, сжюксш|ыс газы с последующей их газификацией и подогревом и тсплообменниках, а также продукты сгорания основного топлива. В последнем случае наддув баков организуется обычно следузощим образом, Если турбина работает на восстановительном газе, то бак горючего паддувается охлажденным * до 250 — 300чС турбо- * Оклвжление турбогвзв чаще всего осуществлпетси пополннтельныы впрысьои в него соответствующего жилкого коипонента топлива: окислителя — в окислительпый турбогвз и горючего — в восстановительный, 387 газом, а бак окислителя — цизкотемпературным окислительиым газом, получаемым в особом двухкомпоиептпом ЖГГ.
Если же турника работает на окнслитслыюм газе, то охлаждсцпым турбогазом наддувается бак окислителя, а для наддува бака горючего предусматривается двухкомпонснтный восстановительный ЖГГ. э Ю Г!ри вытсспнтельной подаче топлива д в качссзве снегом наддува используют газовые, пороховглс и жидкостные аккумуляторы давления. Принципиальная схема газового аккумулятора давления (ГЛД) изображена на рис.
8.2. Осн<ишымп сто элементами являются баллон со сжатым газом 1, заправочный 2 и пусковой 3 клапаны, регулятор расхода газа 4 и обратные клапаны 5 и 5. Пусковой клапан (электропнсвматнческий или пиротсхцпческий) обеспечивает дистанционное управление наддувом баков. Ооратныс клапав хд ны предотвращают смешение паров ком- Х понентов топлива при храпении заправленной ракеты. Регулятор расхода газа поддерживает в баках заданное давлснис наддува. Обычно ои представляет собой либо газовый редуктор давления, либо обыкповенньщ дросссль. — Принципиальная схема порохового аккумулятора давления (ПЛД) состоит из следующих основных элементов (рис.
8.3): заряда твердого топлива 1, являющегося источником рабочего тела, амспитсл~ ного у альная схема плд панов 3, обеспечивающих постоянство давления в баках, разделительных мембран 5 и газовводных устройств 4. В системах наддува с жидкостным аккумулятором давления (ЖАД), принципиальная схема которого представлена на рис. 8.4, рабочим телом служат продукты сгорания жидкого (обычно двухкомпоиептиого) топлива. Сжигание последнего осуществляется в отдельнгях реакторах 7, размещаемых непосредственно в топливных баках. Реакторы питаются топливом из бачков 5 с помощью газового аккумулятора давления, состоящего из баллона А пускового клапана 2, газового редуктора 3 и разделительных мембран 4 Мембраны 6 гсрмстизируют магистрали ЖАД, а расходные шайбы 8 обеспечивают дозировку компонентов топлива в реакторы.
388 8 8.8. ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА СИСТЕМ НАДДУВА Несмотря иа многообразие коцструктивпых схем систем наддува, их раоочему процессу присупц1 пеьо~орьн общие закономерности. Установим основные пз них. Количество энергии йГ, сообщаемое за врсмя Рис. 8зв Прниииниаивнаи схема ЖАД газу, нзходлщемусл в свободном объеме бака (рис. 8.5), расходуется на изменение его внутренней энергии Н/ и совершение газом работы вытеснения жидкости из бака Ы-. Согласно закону сохранения энергии сеЕ = Ж '+ ЛЖ.
Для того чтобы режим работы двигателя был стациопарныю, в баках должно поддерживатьсл постоянное давление Ра, В этом с.тучае, полагая процесс в бакс киазистатичсским, момспо записать сэг =РесТ" е (8.12) где ги — свободный от жидкости объем бака. 389 Основное уравнение системы наддува Рис. 8.8. К выведу есниипиги Ецаиие. нии системы иад. дува Впутрецпяя эперпн газа в свободном объеме бака ранна 1 бее~ б где Уа — вес газа в этом обьсмс. Из уравпсппя состояния для газа в свободном объеме бака следует гб! а ! б ГЕГб Поэтому с„А где й -- показагель адпабаты газа.
Прп посгояппом давлении в баке изменение (У гбудет равно Ф! = Ф ! Рбу!аб (8,13) + Е ~Г! Лут Гу)Г + А п,,((Г или после отнесения к единице времени а е, -) и,, + еа =- Л ', РМ„ (8.14) Из уравнений (8.12) и (8.!3) видно, что энергия, затрачиваемая па поддержание постоянства давления в баке, зна! чителшю (в — раз) больше эисргии, расходуемой на выь-- 1 тсснепие жидкости. Рассмотрим, но каким каналам или, иными словами, протекапием каких процессов обеспечивается посгуптенпе энергии и бак. Очевидно, что часть энергии в количестве гУЕ~ поступает в бак вместе со свопм носителем — газом из аккумулятора давления.
Далее, если температура вытесняющего газа отличается от температуры стенок баков и компонентов топлива, то между ними будет происходить тсплообмеп, Обозначим энергетический результат этого теплообмспа через г!Еь Кроме того, в баках между газом и вытесняемыми жидкостями (или их парами) может протекать химическое взаимодействие. Энергетический результат этого взаимодействия обозначим И:и Тогда уравнение балапса эисргии рассматриваемого процесса можно записать в виде сХ С'» гдв сх» =.- -„— — =-= )х„-- секундный объемный расход жидкости из бяка; сХХХх ех = „л !Х = 1, 2, 3) — секундный приток энергии в бак по х-му каналу.
Соотношение (8.!4) и представляет собой основное уравнение систем наддува, на котором базируется весь аппарат для их расчета. Вго правая часть, как правило, известна, Величины ез и ез определяются обычно опытным путем. В таком случае уравнение (8.!4) позволяет вычислить ес -- потребный секундный приток энергии в бак нз аккумулятора давления.
Так как энергия, которую несет с собой каждый килограмм газа, перетекающего из аккумулятора давления в бак, равна е„Т (т,. е. его энтальпии), то по величине е, можно найти потребный секундный приток газа я бак и определить потребный запас газа или средства его генерации на борту ракеты.
й В 7. РАСс!ЕТ АККУМУЛЯТОРОВ ДАВЛЕНИЯ Расчет газового аккумулятора давления Расчет газового аккумулятора сводится к тому, чтобы определить потребный запас сжатого гази и размеры баллона. При использовании газового аккумулятора темпсратусра газа в баке незначительно отличается от температуры окру. жающих деталей конструкции и вытесняемой жидкости. Поэтому эффектом теплообмена в первом приолиженпи можно пренебречь и считать, что ее=О. Крома того, в качестве вытесняющего газа, как правило, используются вещества, химически не взаимодействусощпе с выгсснясмой жидкостью. Сле довательпо, и ее=-О. Так как каждый килограмм газа, перетекая из баллона в бак, несет с собой энергию, равную ерТ, то е, = Гх„ерТ„ где Сс»- — сскундныи весовой расход газа из баллона.
С учетом сказанного основное уравнение системы наддува с,газовым аккумулятором для стационарного режима работы можно записать так: Сх„ерр„=- А —,—,— р»Р'». ч Откуда Д Рп~а а 1 и срТ~ Но ~о~~о~~ку сР = Л а 1 Й, то 6 = —. Р к а оР (8.15) Если бы температура газа в баллоне Т„была постоянной (изотермическое расширение), то и потребный расход газа в бак 6, тоже был бы постоянным, а следовательно, необходимый запас газа на борту определился бы очень простой зависимостью Откуда Р Р„ уо Ро — с по- Р Р.
Исключая иэ этого соотношения множитель мощью уравнения политропы где т„ — время работы системы наддува; т — коэффициент запаса, учитыва1ощнй неизбежный остаток газа в баллоне. Однако расширение газа в баллоне, близкое к изотерми- ческому, реализуется очень редко. В большинстве случаев процесс в баллоне является политропическим, и поэтому Т„ — переменна. Для расчета массы газа, необходимой для обеспечения работы системы наддува в заданном режиме, введем следующие обозначения: р„Т„); — начальные (при т=-О) давление, температура и вес газа в баллоне: р, Т, à — теку1цие значения этих же величин в произвольный момент времени т; р„, Т„У,— конечные значения параметров газа (соответствующие моменту времени х„).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
