Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Элелтриче кое зажигание применяется в том случае, ес.1и поджигается однородная газовая смесь. Самовоспламеняющиеся компоненты топлива перед зажиганием помещаются в специальные емкости, из которых они подаются в камеры двигателя, где и воспламепя1отся. Вслед за самовоспламсшцоп1имися компопшггаыи топлива подшотся осиовиыс. '11пбы обесцечгыь пад~жиос воспламспепис, шобходимо оргаиизонать безразрывиу1о смсиу самопоспламеия1ощегося топлива основным. После воспламсиепия первых порций топлива, подаииыз в камеру двигагеля, происходит непрерывный процесс горения и двигатель прп благоприятпых условиях выхо1Н1т па поминальный режим.
й 11гь ВЫХОЛ НА РЕЖИМ НОМИНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ Надежность воспламепепия топлива, поданного в камер, двигателя, является только одной из задач, которая обсспчивает безаварийный запуск, Необходимо также оргапизо. вать непрерывное горепие и изменение параметров по задац ному закону. Воспламенение топлива характеризуется времг. нем задержки т, При больших тз возможно накопление компонентов гон лива в камере двигателя, которое в перемешанном состояии, представляет собой взрывчатое вещество.
Поэтому необходимо так обеспечить подачу топлива в камеру двигателя чтобы избежать его накопление и последуюши11 взрыв. Дл предотвращения взрыва смеси топлива необходимо умен1, шить задержку воспламенения -, Время задержки воспламенения зависит от температур: и давления в камере сгорания. Причем с уменьшением да1, леиия и температуры -, увеличивается, а это очень важи для запуска в вакууме 1оп имеет место при запуске верхпп ступеней ракет и двигателей космических аппаратов). Чтоб.
обеспечить безаварийный запуск в вакууме, исобходпмо и догревать компо1юпты топлива или создавать прсдваригсл иый наддув камеры двигате:и, Многочисленные исследования показывают, что мине. мальиое значение времени задержки воспламенения полччается в том случае, когда в камеру двигателя подаются кочпопенты топлива с ог срежением одного из иих 159]. 1:з рис. 1!.2 показана зависимосгь времени задержки воспламнецпя от времени опережения подачи компонента в камер'. 11з графика 1рис.
11.2) видпо, чго при запуске необходим ~ в камеру двигателя вначале подавать окислитель и с неко."- 475 рцм запаздыва1гиек1 горю'1сс, так как в зтот1 случае умспь- 1иастСЯ ВОЗМОжПОСГЬ ППКООЛЕППП 1ОПЛшоа В КН 1СРЕ ДЩ1ГатЕЛЯ ДО ЕГО ВОсн.саМЕНЕНИЯ. Основным требованием, предъявляемым к запуску, является плавность изменения давления в камере сгорания !рис. !1.3). Выброс давления в камере сгорания прп ~1гпорвталщ1оы ЗаПУСКЕ СОЗДаст ДниаМПЧЕГКУЮ ПаГРУЗКУ ПД Ко 1г~! УК1П1Ю И можст р;13!171п1г1ь сс. Кроме то!о, из зн чнлп1ия спура1пой связи между давлением и расхо.гоп пик .1зплепия ь1лаывасг ие т Рис 11З Ха1 ктср пгиепе ннн давления в камере сгорания при запуске Рис. 11тв Завпсиз1оств времени за. держкн восплаиенешся о~ времени подачи компонентов в камеру дннга- тсля прекращение н подаче топлива или низкочастотные колебания.
Пик давле1шя в камере сгорания, появля1ощнйся при запуске, характеризуется пусковой перегрузкой камеры, которая определяется выражением: Рк, яаке Рк 111.1) (11.2) ~'о=-!Оо.ок+ Оо.г) тв Приход топлива в камеру определяется зависимостями: Оо, ек = тто. ак УзИ [тДРо. ф, е«! ! Оо., =- по.. 1У йй'Т, ~Ро. ч,. „ (11.3) где ЬРоф; — пе1тепад давлении на фоРсУпках пРп запУске, 477 Коэффициент пусковой перегрузки в зависимости от характеристик топлива и камеры двигателя можно определить следующим образом. Обозначим характеристики до начала воспламспепиЯ чеРез то.
Вес топлива, пакоппншегоса в камере двигателя до воспламенения: При мгновенном сгорании топлива даилепие в какшре сгорания можно определить по урав!!с!ппп сосссояисся !'о (М и Г к, иокс ск (11 4! На устаповившемся режиме давлепие в кассере сгорания определяется зависимостью — а )д)ег, (11.5) а(:„.„ где 0 — суммарный расход топлива, опредслястся по срзвие.
иию 0 = — 0„к+ О,. Суммарные расходы топлива через соотиошсиия кампо. нентов определяются по известным зависимостям: 0=- (г,,—;с; 1 а К / ! (! 1,6) Подставив выражепия (11.2) — (1!.6) н уравнение (11.1), по- лсчим ~з ! ! Гс „(1о.
ок (('Г! с кг и= — ' — а О„. ' ~lгег,. Ооозиачив с й — ги ' = и приняв, ДГ)с аоок=а,„, из последнего УРашсепиа поз!) шм кк (! !- !') "' - -сдо Ф. ок п= — ' что (11.7)! 478 Таким образом, пусковая перегрузка зависит от соотиошс иия компонентов топлива, геометри сеских размеров камсры двигателя, перепадов давлепия на форсупкпх и времени з:!. держки воспламепепия. Коэффициент пусковой перегрузки можно уссеиьшить слс дуюгцими путссми! -- сокращением времени задор.кки восплзсшигиия, д,!: этого !шобхп,шсн! обегпе сясь пода !у топлива и к!!меру дэи гатечя г оисрежсипсм окислителя; -- увсличенисм приведеипой,!.сины камеры чвигателя; — уменьшением перепада чавлепия иа форс!яках при зз пуске и, наоборот, увеличением перепада давления иа фор.
еуиках при установившемся режиме работы После/[нкпо )секомсип;иси!О мижпс! ос! щсс! вить го!к. Запуск пронзполить при подаче компонентов топлива в камеру Лвигате;щ «амотеком, а также установкой на входе в камеру дополнительного гидравлического сопротивления, которое убирается после запуска. В зависимости от тяги двигательной установки запускмо. жег осуществляться в одну илп Лве ступени. Двигательные установки с незпяччтетьными тягами, когда расходы топлива в камеру двигателя небольшие, зяпускаютгя в одну ступень.
В этом случае топливные кляпявы открывщотся сразу и компоненты топ.щвя с номппальньыщ рясходямп подаются в камеру двигатетя. Дв1гг»- телыпп тюта~ювкп, обладаю»го«' бо, плпимп тяглмп, з««пускают«:я и дпс ступени. В этом случае примснщотся Лвухпозпциоппые топливные кла- ЙтиМдт паны, Прн запуске клапаны открываются па предваритетыгэч«т ступень и топливо с мя.тымп расходами подается в кямсру лвигателя. В камере сгорания происходит воспламенение и устанявлнвается стабильный ре'кпм горения.
После этого происходит переключение па главную ступень. Полностью открываются топливные клапаны и топливо с номинальными расхолами подается в камеру двигателя. Давление в камере сгорания увеличивается до номинального значения, Клапаны с предварительной ступени на главную переключаются по сигналам, поступающим от датчиков Лявлент«я. Характер изменения давления в камере сгоряння при двухступенчатом запуске гтоказан »а рпс. 1! Л. 11еобходпмость двухступенчатого запуска прп болынпх тяг»х объясняется тем, что если большие ««ол~псстяа топлива под»вать в камеру двигателя сразу, то даже прп малых значениях времени задержки воспламенения в камере будет пакаплпватьсч топливо и произойдет последующий взрыв нли значнтельпьгй пиь давления. Ракеты-посителг1, имщощпе большие тяги (сотни и даже тысячи тонн), имеют несколько камер двигателя.
Так, ракета- носитель иС»турин на первой с~тисни имеет восемь ланга. телей и11-!» с тягой 75 т каждый. Если производить запуск всех двигателей одновременно, то вследствие большой суммарной тяги (600 т) возможны большие лннамические нагрузки и вибрации, которые разрушат конструкцию ракеты Поэтому подобные двигательные установки запускаю~ся отдельными камерами (блоками) че- Рис.
11хп Зависимость р « =-и, («) ири двухступенчатом ввитскв 479 рез ко[готкие, строго фиксированные интервалы времени Чтобы исключить появление моментов относительно оси ра. кеты, производится одновременный запуск двух камер дзига. теля, расположенных симметрично оси ракеты, На рис. 11.5 показана циклограмма запуска двигателей первой ступени ракеты кСатурн». Как видно из графика, дви1агели запускаются попарно через !00 мсек, при этом сила, ньшыва1ощая вибрации, не больше 20с1о максит!альио!! суч марной тяги 155]. Чтобы сократить предстартовые расходы и воздействи! газов на стартовые устройства и увеличить в некоторых слу чаях скороподъемпость ракеты, необходимо процесс запуска ркс. 1!.в.
!!кклотрвмпа эвпуска дУ' псовой сту- пспп ракеты кцатурп» организовать таким образом, чтобы бьио минимальное врем; набора тяги с момента подачи команды па автоматику запуска. В общем случае время запуска можно разбить на слс дующие составляющие: '==+. +. +т.1т Рассмотрим указанные составля1ощне: ;,, — время срабатывания автоматики, которое включав! время прохождения команды на открытце топливных клана нов и время открытия клапанов. Гледоватслш1о, ~!топ!1 ук1еньц1ит! время запуска, иеобх !!Ив!0 ИРИМСНЯТ1, бистйо'1Ейстпу!01ЦИЕ тоилнпные клапан!гк которым относятсп пи! клапаны. т„„,— вРсмп выхода па Режим агРегатов двигательно!' установки, тлк»х, как турбопасосный агрегат и газогент ратор. При анализе динамических характеристик агрегатов былв показано, что наибольшей инерционностью из всех элементов двигательной установки обладает турбонасосный агрегат Таким образом.
чтобы сократить все время запуска, пеобко димо уменьшить инерционность турбонасосного агрегата, т. с 480 уменьшить время достижения числа оборотов номинального значения, Инерционность ТНА определяется моментом инерции и коэффициентом самовыравиивания. Следоватс.тьно, все факторы, влияющие на постоянну>о времени ТНА, Г>удут сказываться и на времени запуска. Для раз>гн>а турбонасоспого агрегата >гсто применяются пиростартеры, которые представляют сооой небольшой заряд твердого топлива, устаповлениый перед сопловь>м аппаратом турб В миме>п запуска воспламспяется заряд >т>ердогг> топ:>ива и прод,кгы лораипя с большой скорость>г> и давлением поступаюг иа рлбочие лопатки турбпиы, ирп этом время выхода т) рбоиасосиого агрегата па номипл тьпый режим сокращается.
т,».— время заполпеипя трубопроводов и смкогтей камеры двигателя компонентами топ.типа. Для сокращешш этого времеви необходимо умепьшить д>типу трубопроводов и емкостей )форсупо>г>ая >оловка и рубашка охлаждения). Крох>с )калаи»о>о способа поимспястся и другои.
Вр> мя заполнения трубопроьодов будет тем мсш шс, чем больше перепад длвлспия, ! )оэтому запуск можпо производить в такой последовательности. Вначале разгоняется турооиасоспый агрегат с закрытыми топливными клапанами. Когда давление перед клапанами достигнет заданной величины, откро>отея клапаны и компоненты топлива со значительным начальным перепадом давления на трубопроводе г большой скоростью будут заполиять магистрали. ;, — время задержки воспламенения, которое должпо быть минимальным, т,. — время выхода иа помииальный режим камеры двигателя, которое определяется периодом преоорлзоваиия жидкого топлива в продукты горения и ииерциоппостью камеры двигателя. Время преоГ>разовапия жидкого топлива в газы определяется качеством смесеобразовапия, а инерционность — геометрическими размерамц камеры.
Наибольишй удсльиый гсг врсмспи в»роцс>сс запуска составлшт время "раблтывлпия автоматики, злполисипя трубопровг>ш>в и иаборл номииллыюго ш>слл ооорогов турбонасос- ным агрег;Ооч. й Ы.З. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ЗАПУСКА В пастоящес время осповцым методом отработки безаварийного запуска является экспериментальный. При экспериментальных запусках двигательной установки в процессе их отработки определяются циклограмма работы автоматики, геометрия трубопроводов, парамезры пусковых топлив, в результате чего выоирастся такая программа функционирования элементов, которая обеспечивает безаварийный запуск и заданный закон изменения давления в камере сгорания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
