Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 51
Текст из файла (страница 51)
которые возможные схемы регулирования работы всей двигательной установки. Способы регулирования тяги Регулирование тяги ЖРД необходимо как для сохранения постояи. ства тяги при изменении условий работы двигательной установки, так и для изменения тяги с целью обеспечения заданного режима полета ракеты. Возможные способы регулирования тяги получаем из рассмотрения уравнения тяги (1. 12): Р=К!«рдх.
Мы видим, что тягу можно изменять, влияя на К, )нр или ре, согласно уравнению (!. 13) при данном топливе (т. е. и„,) изменять коэффициент тяги К можно, только меняя отношение (а!(,р. Однако практически выполнить конструкцию, позволяющую изменять )зф,р, затруднительно. Второй возможный способ регулирования тяги — изменение площади критического сечения )нр, что г возможно, во-первых, разместив Рнс. 6.24. схема изменениЯ („р нге. в критическом сечении пРофилиРо- жем увеличивать или уменьшать 1„р.
При этом обеспечивается возможность глубокого регулирования (т. е. большой диапазон изменения тяги). Главный недостаток этого способа — в значительном усложнении конструкции, в первую очередь из-за трудности обеспечения охлаждения подвижной иглы. Поэтому такой способ регулирования !нр до настоящего времени распространения не по. лучил. Изменять 1, можно также отключением одной или нескольких камер многокамерного ЖРД.
При этом обеспечивается сохранение харак. теристики работы каждой камеры. Такой способ позволяет изменять тягу в любом диапазоне. Недостаток его в «ступенчатости» изменения тяги. Кроме того, при этом мы проигрываем в массе, так как при уменьшении тяги выключенная камера становится балластом. Однако благодаря возможности изменения тяги двигательной установки в широких пределах этот способ находит применение в ряде случаев (например, в самолетных ЖРД). Основным, наиболее распространенным, методом регулирования тяги является изменение давления в камере ра путем изменения расхода компонентов.
Этот метод дает возможность регулировать тягу в широком диапазоне изменений в 3 — 5 раз. В табл. 6. 2 приведены различные способы регулирования тяги путем изменения давления в камере. При необходимости изменения тяги в диапазоне до 10 — 15% наиболее распространен метод регулирования тяги путем изменения числа оборотов ТНА. В качестве примера на рис.
6.25 показана типичная схема регулирования тя вания тяги баллистической ракеты для обеспечения за. данного режима полета ракеты. Входным сигналом является давление в камере (за (так как тяга пропорцион иональна давлению). От датчика давления 1 сигнал поступает в счетно-решающее контрольное устройство 2, где действит льн " ржим,полета ракеты сопоставляется с заданным. По имеющемуся рассогласованию режимов полета определяется необходимое изменение давления в камере (т. е, тяги). Сигнал от устройства 2 поступает на дрос- 252 Таблица 6.2 Способы регулирования тяги путем изменения давления в камере сгорания Способы регулирования Особенности способа регулирования В Изменение числа оборотов ТНА; а) изменение расхода рабочего тела на турбину при постоянной температуре б) изменение темперзтуры рабочего тела путем изменения соотношения расходов компонентов Реагирование быстрое, Ухудшение рабочих характеристик двигательной установки вследствие рзботы ТНА на нерасчетных релсимах.
Способ, „а' более приемлем при открытой схеме, способ „б'— ири ззмкнутой 2. Дросселированче рзсходз компонентов в камеру сгорания Реагирование быстрое. Возможно и при вытеснительной подаче и при подаче с ТНА. В первом случае лишнее давление в баках, т. е. лишняя масса. При подаче с ТНА — непроизводительная затрата мощности ТНА Аналогично и.
2. Возникает опасность прогара головки 3. Отключение части форсунок Аналогично п. 2 4. Изменение перепада давления на форсунках 5. Закольцовка части расхода ком- понентов Реагирование быстрое. Лишняя затрата мощности ТНА для прокачки закольцованного компонента Очень медленный процесс. Необходимо стрзвливать давление из баков. Лишний запас прочности баков, т. е. лишняя мас- са б. Изменение давления в баках при вытесннтельной подаче 7.
Изменение соотношения расходов компонентов в камеру сгорания Реагирование быстрое. Ухудшение рабочих характеристик камеры сгорания сельный регулирующий клапан (или клапаны) в системе подачи компонентов в газогенератор. Изменяется расход (или соотношение расходов) компонентов в ЖГГ б, соответственно изменяется подача рабочего тела на турбину 7 ТНА, изменяется число оборотов насосов 8 и подача топлива в камеру сгорания 9.
Соответственно изменению подачи топлива изменяется давление в камере и тяга ЖРД. Кроме рассмотренного способа, небольшое изменение тяги также можно осуществлять дросселированием или закольцовкой части расхода топлива (табл. 6.2, пп. 2 и 5). Возможность изменения тяги в широком диапазоне затруднена в первую очередь тем, что при изменении расхода компонентов резко изменяется перепад давления на форсунках, пропорциональный квадрату расхода. Вследствие этого нз режимах наибольшей тяги значительно возрастают потребные давления подачи. Для сохранения постоян. ного давления подачи в некоторых случаях отключают часть форсунок (п. 3).
Кроме того, возникают трудности с обеспечением охлаждения двигателя на режиме наименьшей тяги, так как с уменьшением расхода топлива соответственно уменьшается и расход охладителя. Вследствие указанных причин при необходимости изменения тяги в широких пределах часто более целесообразно применение многокамерной установки. Рис. 6. 25. Схема регулирования тяги ЩРД для обеспечения заданного режима полета ракеты: 1 — датчик давления; à — счет. но-решающее устройство; 3— источник виергин: 4 †прив; З вЂ” дроссельные регуляторы; б — ЖГГ; 7 — турбина; Ь вЂ” нв. сосы; р-камера Рис.
6.26. Схемы систем управления со- отношением компонентов: а — система с замером уровней компонентов в баках; б-система с расходомерама; 1 †каме; у-дроссельные регуляторы 3 †гочник зйергин; 4-счетно-решающее устройство; 5 — датчяк уровня топлива в бакзм е— расходомеры Возможные схемы поддержания заданного режима работы установки Для обеспечения заданного режима работы двигательной установки и получения требуемого закона изменения скорости ракеты по времени полета необходимо регулировать, кроме тяги установки, еще целый ряд параметров (соотношение компонентов, подаваемых в камеру н в ЖГГ, наддув баков, работа рулевых двигателей и т.
д.). В двигательных установках баллистических ракет одной из основных является система управления соотношением компонентов. Назначение ее — поддерживать соотношение расходов в установленных пределах и обеспечивать одновременную выработку баков обоих компонентов. Дело в том, что вследствие действия ускорения на систему подачи и свя. ванного с этим различия напоров на входе в насос, а также вследствие изменения плотности компонентов при изменении их температуры и воз. можной нестабильности характеристик насосов, действительные рас.
ходы компонентов отличаются от номинальных (расчетных). Это может привести к отклонению соотношения компонентов от расчетного и к неодновременному опорожнению баков, т. е. к неполному использова. нию компонентов. В результате уменьшается скорость в конце актив. ного участка полета. Эти системы обычно основываются либо иа измерении уровней компонентов в баках, либо на измерении секундных расходов (рнс 6. 26, бь б) .
На рис. 6. 26,а показан пример системы опорожнения баков (СОВ), основанный на измерении уровней компонентов в баках. Датчики 5 уровня топлива в баках дают сигнал о выработке компонента в счетно- решающую систему 4. От системы сигналы поступают на дроссельные регуляторы 2, которые, дросселируя расход того или иного компонента, обеспечивают заданное соотношение расходов компонентов и одновременное опорожнение баков. Для обеспечения одновременного опорожнения баков обычно более целесообразна установка дроссельного регулятора расхода только на ливни подачи одного из компонентов, как показано на схеме рис. 6. 26, б. уа 3 г Рис. 6,27.
Упрощенные схемы управления ЖРЛ: 1 — камера; у — команда с земли; у — счетно-решающее устройство; в — датчик давлсвия; у — доос. сельный регулятор расхода; 6 — система опорожнения баков, 7 — регулятор подачи топлива в ЖГГ (или ПГГ); 8 — ЖГГ (или ПГГ); 9 — турбина, Ю вЂ” дроссельный регулятор; 11 — стабилиза- тор ч камеры; 11 — стабилизатор ч ЖГГ; 18 — дроссель стабилизатора ЖГГ При этом расход одного из компонентов с помощью дроссельного регулятора 2 «подстраивается» к расходу второго компонента.
При работе двигательной установки для обеспечения заданного режима работы одновременно регулируются несколько ,параметров (прежде всего тяга и соотношение компонентов, подаваемых в камеру). На рис. 6.27 даны примеры упрощенных схем управления работой двигательной установки. На схеме 6.27,а показана система, обеспечивающая поддержание заданного режима тяги и одновременное опорожнение баков. При этом изменение расхода компонентов в камеру может обеспечиваться как изменением подачи ТНА путем воздействия на расход компонентов в газогенератор 8, так и непосредственным воздейст. вием на дроссельный регулятор 5 (показано пунктиром).
Для точного поддержания соотношения компонентов иногда устанавливается регулятор (стабилизатор) соотношения компонентов (РСК) П. На рис. 6. 27,б показана система поддержания заданных величин тяги и соотношения компонентов. При установке 7КРД на более мелких и маневренных ракетах, в которых одновременное опорожнение баков не играет такой роли, как в баллистических ракетах (например, ЗУР, торпеда и т.
д.), отпадает необходимость и в специальной системе опорожнения баков. В этом случае для поддержания соотношения расходов компонентов достаточно установки стабилизатора соотношения компонентов. При работе газогенератора на основных компонентах для поддержания заданного соотношения компонентов, поступающих в газогенератор, иногда устанавливается также стабилизатор 12 соотношения компонентов в газогенераторе, дросселирующий расход в ЖГГ одного из компонентов в соответствии с расходом второго компонента (рис.
6. 27, в). Изменение направления вектора тяги На рис. 6.28 показаны различные способы изменения направления вектора тяги. Изменение направления вектора тяги с помощью газовых рулей (рис. 6. 28,а) предложено еще К. Э. Циолковским и успешно применя лось на ряде ракет. Недостаток способа — в сравнительно больших потерях тяги, так как газовые рули постоянно находятся в потоке.
У У 5) р) г) д) Рис. 6. 28. Способы изменения направления вектора тяги: а — газовые рули; б — рулевые двигатели; е — таз вз ТНА; г — кардаппыя подвив д- вдув газа Нашли применение следующие способы изменения направления вектора тяги, показанные на рис. 6.28, б, в, г. Недостаток этих способов — в необходимости специального привода для поворота рулевых двигателей или самой камеры. Кроме того, использование рулевых двигателей требует специальной системы подачи. Управление направлением вектора тяги с помощью вдува газа в закритическую часть сопла (рис, 6.28,д) удобно тем, что не требует специального привода для поворота камеры. В случае применения сопла с центральным телом направление вектора тяги возможно изменять, меняя расход топлива на отдельных участках кольцевой камеры сгорания. При использовании связки двигателей направление вектора тяги возможно изменять также путем рассогласования тяг отдельных камер связки двигателей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
