Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159)
Текст из файла
М. В. ДОБРОВОЛЬСКИЛ ЖИДКОСТНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Допущено Министерством высшего и среднего специального образования РСФСР в качестве учебника для вузов ИЗДАТЕЛЬСТВО «М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е» Москва ! 968 УДК 628.26 ОЗ(626.8> В книге изложены основы проектирования жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Рассматриваются вопросы проектирования камеры двигателя и двигательной установки в целом. Даются основные положения теории, мезоды расчета и описание узлов и агрега. тов двигательных установок с ЖРД. Излагаются процессы расширения газов в соплах, смесеобразования и теплообмена, а также методы профилирования сопел, расчета форсунок, определения форм и объема камеры сгорания.
Проводится анализ работы установок с открытой и замкнутой схемами. Рассматриваются системы подачи с турбонасосными агрегатами и вытеснительные системы подачи с газовым, пороховым и жидкостным аккумуляторами давления. Большое внимание уделяется работе установок с замкнутой схемой и методам энергетической увязки таких схем.
Приводятся примеры двигательных установок, в частности, дано описание двигательной установки ракеты «Востока. В книге приведены фактические данные по конструкциям, при. меняемым топливам и материалам и их характеристикам на осио. ванин зарубежных и отечественных публикаций. Примеры расчетоз имеют чисто методический смысл и не относятся к какому-либо определенному типу двигателя.
Книга является учебником для студентов вузов и может быть полезна также инженерам и аспирантам, специализирующимся'в области ракетной техники. Табл. 19, иллюстр. 281, библ. !53 наев. Рецензенты д-р техн. наук, проф. Ф, Л. Якайтнс, д-р техн. наук, проф. С. Д. Гришин и канд. техн. наук, доц. Ю. В. Крылов Редактор инж. М. А. Колосов 3' '-18-6 5.68 ПРЕДИСЛОВИЕ Прошло более десяти лет с тех пор, как первый советский искусственный спутник Земли открыл эру завоевания космического пространства. Важнейшим элементом ракетно-космических систем являются двигательные установки с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД), которые обеспечили не только полеты с недостижимой ранее скоростью в пределах земной атмосферы, но и возможность полета в космическое пространство.
Несмотря на кажущуюся простоту ЖРД, идея которого бгяла высказана К. Э. Циолковским свыше 70 лет назад, создание таких двигателей потребовало знаний и опыта, соответствующих современному уровню науки и техники, широкого внедрения методов гидродинамикн, гззовой динамики и теории теплообмена в инженерные расчеты. Современная двигательная установка с ЖРД представляет собой сложную систему, работа узлов и агрегатов которой взаимосвязана.
Поэтому проектирование того или иного агрегата нельзя вести изолированно, без учета конструкции и работы остальных элементов установки, что создает определенные трудности и при изложении соответствующего материала. В настоящем учебнике делается попытка систематического изложения основ проектирования камер двигателя и двигательной установки в целом, По содержанию книгу можно разделить на две части: главы ! — Ч, в которых излагаются основные вопросы проектирования камер двигателя, и главы Ъ'! — !Х, в которых рассматриваются основные вопросы проектирования двигательной установки в целом. Предполагается, что студенты, изучающие настоящий курс, знакомы с основами ракетной техники и теорией рабочих процессов в ЖРД.
Однако для ббльшего удобства работы над книгои в первой главе кратко изложены основные понятия, которые используются при рассмотре. нии тех нли иных вопросов проектирования ЖРД. Для лучшего понимания рабочих процессов и особенностей расчета элементов ЖРД основ. ные методы расчета иллюстрируются примерами. Ввиду ограниченного объема книги некоторые вопросы (турбанасосные агрегаты, регулирование и др.), рассматриваемые в специальных учебниках или пособиях, излагаются в сжатой форме. При этом даются только основные положения, необходимые для правильного подхода к проектированию установки в целом. Автор стремился избегать математических выкладок в случаях, когда они не могут быть использованы для непосредственных расчетов тех или иных элементов двигательной установки.
При написании учебника автором были систематизированы сведения, опубликованные в периодической печати и книгах, а также использованы ранее опубликованные работы автора. Автор выражает глубокую благодарность профессорам С. Д. Гришину, Ф. Л. Якайтису и доценту Ю. В. Крылову за ценные замечания н рекомендации, сделанные пря рецензировании книги, а также профессору,Г. Б.
Синяреву за ценные советы, данные при совместном обсужде. нии книги. Автор просит читателей сообщать свои отзывы и критические замечания по адресу: Москва, К-б!, Петровка, 24, издательство «Машиностроение». Глава ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖРД В настоящей главе приводятся основные понятия и соотношения между параметрами, которые необходимо знать для изучения основ проектирования ЖРД. При этом предполагается, что читатель знаком с основами ракетной техники и теорией рабочих процессов в камере ЖРД, вследствие чего приводимые ниже понятия и соотношения даются конспективно, без выводов.
Интересующиеся могут более подробно познакомиться с выводом и анализом приводимых соотношений в работах ~25), [141, )2]. 1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЖРД ТОПЛИВА Жидкостным ракетным двигателем называется ракетный двигатель, использующий жидкое топливо. Жидкое горючее и жидкий окислитель из баков подаются в камеру двигателя, где в результате сгорания топлива образуются газообразные Слорюплая каагуа Жт Р екааа Рис. 1.
1. Схема и цикл жидкостного ракетного двигателя продукты высокой температуры (рис. 1. 1). В сопле они расширяются от давления в камере до давления на срезе. сопла и вытекают в окружающую среду с большой скоростью. Истечение газов из сопла является причиной возникновения реактивной силы двигателя. Классификация ЖРД Тип ЖРД принято определять по какому-либо характерному признаку (топливо, схема установки, способ подачи, назначение и т. д.). На рис. 1.2 приведена схема классификации ЖРД по основным характерным признакам. Работа ЖРД с различными схемами, способами подачи, конструктивными элементами, условиями эксплуатации, а также основные свойства и типы применяемых. топлив изложены в последующих раз- Каспара ные Язатнокислоп|ные По онислител ю ерекисе о оро ные тористые По Керо с и ноВые По горючему талл иду О наконпо- нентные ЯС Г Г По ПГГ По способу схеме Пар из системы охлавоения Отбор гага из нанерьг Газо а планка я Ракеты-носители ПЯА Валлист.
ракеты Метеорол. ракеты и т.д. По ЗУР назначению Коснич. корабли и т.д. Самолетные Тарле ы Охлахчдаеные Неохлакс аемые Однсразодые Па услодиям Однокаме ные Мнагакаме ные По конструкггии Сопла к глое от ельных злементо Сопла сиентраль ным телам Рис. К 2. Классификация ЖРД Ддухкомпо— нентные С открытой схемой С замкнутой схемой Турбонасоснал Па системе Вытеснительнал зксплУатаНии Многсразодые получения радочего тела и т.д, Водородные Д и метил гидра- зинодые Перекиседадорадные Ги разино ые Сана ытеснительиоя Рис. 1. 3. Ракета «Восток» Рис.
1.4. Схема ракеты-носителя «Сатурн» с космическим кораблем «Аполлон» и системой аварийного спасения (САС): 1 †верн ступень; 2 †переходн между первой н вто. рой ступенью; 3 — вторая ступень; « — переходник между второй н третьей ступенью; у †трет ступень, 6 †сриборный отсек; 7 †лунн кабина космического иорвбля; а †двигательн отсек; у-космический корабль «Аполлон; 10 — САси ы †отс экипажа; 12 †переходн между рвкетой-носителем и космическим кораблем телей старта (рис.
1. 6). Известно также применение ЖРД как двигателей торпед. Рис. 1. б. Самолетный ускоритель РД-1-ХЗ Топлива В отличие от обычных тепловых машин, где часто топливом называют горючее, в ЖРД топливо — это ок и слит ел ь+гор ю ч е е. При заданных окислителе и горючем свойства топлива определяются их соотношением, которое характеризуется коэффициентом избытка окислителя. У а=— то где та и т — стехиометрическое и действительное отношение расхода окислителя к расходу горючего соответственно.
Величина а существенно влияет на основные характеристики топлива. В ЖРД различают топлива с ам овоспл а меняющиеся, т. е. воспламеняющиеся при соприкосновении окислителя с горючим, и нес а м о в о сп л а м е н я ю щи ес я, т. е. требующие постороннего источника воспламенения. Различают также дв ух ко м п о н е н т н ы е и од н о ко м п о н е нт н ые (унитарные) топлива. В ЖРД почти исключительно применяются двухкомпонентные топлива. Однокомпонентные топлива используются главным образом для привода ТНА (в системах с ПГГ) и в некоторых двигателях малых тяг [например, двигатели системы ориентации космических кораблей (см, рис 9. 1)1.
По условиям эксплуатации топлива разделяют на топлива в ы с ококипящие и низкокипящие (криогенные), компоненты которых при нормальных условиях являются сжиженными газами (например, кислород, водород, фтор). Требования к топливам ЖРД можно разделить на три группы: а) основные, б) конструктивные, в) эксплуатационные. Основные требования определяются главной задачей — получением наибольшей удельной тяги при возможно меньшей массе двигательной установки. Окончательно нх формулируют так: топливо должно об- Таблица 1.1 Основные физико-химические свойства некоторых окислителей ЖРД Полное теплосодержание й ,ь ,о о м и о" сл- а а и о о о ь - н и о с с ьс а.
с. а о о о и он !" к Окислитель 54,31 90,16 55,16 85,16 231,56 359 16 261,96 294,36 — 3100 — 3000 — 41404 — 6740 — 402 — 331 — 2780 — 303 — 96,9 — 79 32 38 63,016 92,016 Кислород жидкий Фтор жидкий Азотная кислота Четырехокись азо- та 0,11 !3,2 0,26 0,18 1140 1510 15!О 1450 О, Рт Н'чОз Нзо — 657 — 73,3 272,26 423 (раза) 161,666 128 373,16 — 5480 †13 †445 Перекись аодорода Озон 34,016 1440 Н 202 21,76 49 273,16 -1-2635 +222 — 15880 +629 +30200 +53 +2860 †37 †683 1700 1520 1000 48 54 18,016 О, ОР НаО Моиоокись Вода фтора 1.
2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЖРЛ Здесь и в дальнейшем параметры, относящиеся к камере ЖРД, обозначим в соответствии с протеканием цикла ЖРД и характерными сечениями (см. рис. 1. 1). Мы будем относить все параметры камеры сгорания к сечению «2», т. е. давление в камере сгорания, температуру, плотность и т. д. будем обозначать рз, Тз; йа и т. д. В случаях, когда учитывается разгон газа в камере, будем использовать параметры заторможенного потока. 10 ладать большим запасом химической энергии и высокой плотностью, а продукты сгорания топлива — хорошими термодинамическими свойствами (значения газовой постоянной, показателя изэнтропы и т. д.).
Характеристики
Тип файла DJVU
Этот формат был создан для хранения отсканированных страниц книг в большом количестве. DJVU отлично справился с поставленной задачей, но увеличение места на всех устройствах позволили использовать вместо этого формата всё тот же PDF, хоть PDF занимает заметно больше места.
Даже здесь на студизбе мы конвертируем все файлы DJVU в PDF, чтобы Вам не пришлось думать о том, какой программой открыть ту или иную книгу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
