Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Такие баки называются н е с у щ н м и баками. При проектировании баков стремятся обеспечить следующие основные требования. 1. Баки любой конструкции должны быть возможно легче. С уменьщением массы баков снижается масса ракеты и улучшаются ее технические характеристики (например, дальность полета при данных размерах). Это требование особенно важно учитывать при проектировании ЖРД с нагруженными баками, так как масса их всегда составляет ббльшую часть массы конструкции всей ракеты. Облегчение конструкции баков достигается использованием прочных и легких материалов, а также путем выбора наиболее рациональной формы баков.
232 дет расти и необходимое давление подачи: соответственно будут расти необходимая мощность ТНА и расход рабочего тела для привода турбины, Согласно кривой ! при высоких давлениях в камере сгорания увеличение удельной тяги с ростом давления невелико. В то же время расход рабочего тела на приРуд вод турбины ТНА будет расти г пропорционально давлению в камере (см. уравнения 8.51, 1 8.55). Так как рост удельной тяги двигателей невелик, начиная с какого-то давления рзорт потери удельной тяги двигательной установки ЬР „ за счет расхода компонента на 1 привод ТНА будут выше, чем прирост ее за счет увеличения тяги двигателей.
Очевидно, что Рг орс дальнейшее увеличение давления в камере сгорания не имеет Рис. 6. 8. Изменение Рл т двигательной установки открытой схемы с ростом давления в камере Величина Ра,рс зависит от совершенства работы ТНА в целом, а также от вида дроссельной характеристики заданного двигателя. Реальные значения ра орт находятся в пределах 100 — 150 ага (=10 — 15 Мн)мз). По мере улучшения КПД насосов и турбины увеличиваетсн и дворы однако Уже пРи давлениЯх, меньших, чем Ра,рт сильно возрастают преимущества установок, работающих по замкнутой схеме (см. гл. ЧП1).
Поэтому даже при весьма совершенном ТНА не всегда целесообразно выполнять двигательную установку с высоким давлением в камере сгорания, работающую по открытой схеме. 2. Баки должны обладать устойчивостью против коррозии.
Это требование приобретает особую важность.при работе ЖРД на агрессивных компонентах и в том случае, когда необходимо длительное хранение 3. Баки должны быть просты в изготовлении и удобны в эксплуатации. Взаимное расположение и форма баков На рпс.
6. 9 приведены различные схемы расположения баков. Взаимное расположение баков горючего и окислителя обычно определяется условиями центровки ракеты. В некоторых случаях при размещении баков учитывается также требование создания необходимого напора на входе в ТНА для обеспечения бескавитационной работы насосов. д) б) д) .е) Рис. б.9. Схемы расиоложевия баков; а, б †раздельн; е, а-объеднненное; д — коннензрнееокое; е :внральвме баке Наиболее распространена схема р а з д ел ь н о го расположения баков горючего и окислителя. При этом баки могут быть расположены последовательно (рис. 6.9, а) и в виде связки (рис.
6.9,б). Расположе. ние баков в виде связки может быть целесообразным в двигательных установках очень большой тяги и при использовании многокамерных установок. Применяется также объединенная конструкция баков (рнс. 6.9,в,г), что в некоторых случаях позволяет уменьшить общие размеры баковой части ракеты.
Известны примеры концентрического расположения баков (рис. 6. 9,д). Примером установок с концентрическим расположением баков могут служить ЖРД ЗУРа «Эрликон» и ЖРД зенитной ракеты «Тайфун» (25). Выигрыша в массе концентрическое расположение не дает и в приведенных установках оно применялось из условий обеспечения положения центра массы. Широкого практического распространения такая схема не получила. На рис. 6.9,е приведен пример схемы расположения спиральных баков (25]. Наиболее распространенной формой баков является ц и л и н д р ич е с к а я.
Такая форма баков позволяет получить бак большого объема 233 при сравнительно небольшом поперечном сечении. С точки зрения наименьшей поверхности бака и массы его целесообразной является ш а р ов а я форма. Нагруженные баки шаровой формы обладают наилучшими прочностными свойствами, вследствие чего применение их часто целесообразно в установках малой тяги с вытеснительной системой подачи. Шаровые баки находят также применение и в двигателях больших тяг, когда выигрыш в массе за счет формы бака существенный. Такие баки удобны также при необходимости снижения теплообмеиа. Например, при размещении в них жидкого водорода. Пример применения шаровых баков приведен на рис.
9.5. Наряду с баками цилиндрической и шаровой формы в некоторых случаях по условиям компоновки всей ракеты целесообразно применение чечевицеобразных и тороидальных баков. Кроме рассмотренных простых форм баков, возможны и более сложные. Так, с целью лучшего использования обьема ракеты используются так называемые утопленные конструкции (см. рис. 9.31), в которых камера двигателя как бы «утоплена» в баковом объеме. Внутреннее устройство баков и схемы заборных устройств Для обеспечения надежной работы двигательной установки и удобства эксплуатации в конструкции баков предусматривается целый ряд агрегатов и устройств, как, например, обеспечивающие заправку и слив компонентов, для поддержания заданного уровня компонента (при применении низкокипящих компонентов), для гашения колебаний уровня а г (( Рис.
6. 10. Схема ракеты о-2: ) — трубопровод отвода паров окислителя; У вЂ” трубопровод подачи горючего в периферийный денга. тель; 3 — бак горючего (жидкий водород); 4 — бак окислителя (жидкий кислород); Ю вЂ” трубопровод отвода паров горючего; 6 — горловина для заправки и слива горючего; 7 — трубопоовод подачи горю. чего в центральный двигатель; 8 — рама крепления центрального двигателя компонентов в баках при маневре, для воронкогашения и др. В ряде случаев в конструкции бака предусматриваются специальные люки для осмотра и ремонта баков, туннельные трубы для размещения магистралей подачи второго компонента, трубопроводы для отвода паров компонента и для наддува баков.
Баки баллистических ракет большой емкости часто имеют каркас из стрингеров и шпангоутов или внутренние ребра, обеспечивающий достаточную жесткость и прочность конструкции. На 234 рис. б. ) О приведено схематическое изображение двигательной установки ракеты 8-2, на которой представлен ряд элементов внутреннего устройства баков объединенной конструкции.
Важнейшим элементом бака является устройство, обеспечивающее непрерывную подачу компонентов топлива из баков в камеру двигателя, так как ~перерыв в подаче топлива может привести к нарушению работы установки. а) б) д) г) ,и) Ф Ф В) и) к) Рнс. 6. ) ). Схемы заборных устройств для подачи компонентов: а — качающийсн заборник; б-вращающийся забориин. а — вытеснение поршнем; а, д, в, ас — подача с помощью эластичных мешков илн диафрагм; э — бак с сшчатым экраном; и, к — заборные уст- ройства с воронкогасителкми; г — заборннк, 2 — снльфов;  — поршень; а — подвод газа,  — эластичный мешок.
6 — диафрагма; 7 — сет- чатый экран;  — воронкогаснтель Непрерывность подачи компонентов в камеру двигателя может быть нарушена, во-первых, вследствие временного оголения заборного устройства в результате действия инерционных сил при маневре ракеты и, во-вторых, из-за образования воронки на поверхности компонента у места входа его в заборное устройство. Причинами образования воронки являются повышенные скорости движения компонента у входа в заборное устройство по сравнению со скоростями его на периферии, а также неравномерность скоростей движения компонента вдоль оси бака (из-за загроможденности объема бака различной арматурой), вследствие чего компонент может приобретать вращательное движение вокруг оси входа, способствующее более интенсивному воронкообразованию. Образование воронок на поверхности компонента возможно также вследствие действия струи входящего газа при вытеснительной системе подачи или при наддуве баков.
Особые требования к заборным устройствам предъявляются при работе двигательной установки в условиях невесомости. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, в условиях невесо- мости расположение жидкости в баке зависит главным образом от соотношения между величиной поверхностного натяжения жидкости на границе раздела газ — жидкость и величиной сил сцепления жидкости со стенкой. Если преобладает первое (как, например, у ртути), жидкость стремится отделиться от стенок и, приняв сферическую форму, плавать в баке. Если же, как в случае жидких кислорода или водорода, преобладает сцепление со стенками, жидкость стремится смочить всю внутреннюю поверхность бака, и газовая фаза оказывается в центральной части бака, окруженная жидкостью. В обоих случаях может произойти оголение заборного устройства и нарушение бесперебойной подачи.
На рис. 6. 11 приведены схемы различных устройств, применяющихся для обеспечения бесперебойной подачи компонентов. Устройства, типа представленных на рис. 6. 11, а, б, имеют качающийся или вращающийся заборник, перемещающийся вместе с объемом компонентов. Ребра на конце заборника способствуют увлечению заборника за объемом жидкости, а также являются воронкогасителями, мешающими вращению жидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
