Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Рис. 7. 37. Характерыстпки 3 НА прп запуске пусковым устрой- ство 1 0 дмса нпу,„ нр Рнс. 7. 33. Пусковой ПАЛ двигатели Н Н 1 — корпус; 2 — аоспламенитель; а — аапальник; 4 — датчик давлении; 5— раарыеные мембраны; 6 — порокоаые шашки Компоновка ТНА Конструкцию и характеристики работы ТНА в значительной мере определяет принятая схема компоновки его, а также тип основных агрегатов, т.
е. насосов и турбин. По компоновочной схеме различают о д н о в а л ь н ы е (безредукторные), редукторные и раздельные ТНА. Наиболее распространены одн овальные ТНА (рис. 7.39,А). Они проще по конструкции и надежнее в работе. Однако недостаток их в трудности (а иногда и невозможности) обеспечения работы насосов и турбины при параметрах (КПД, число оборотов), близких к оптимальным. Дело в том, что при одновальной компоновке числа оборотов турбины и всех насосов одинаковы.
При этом максимально возможное число оборотов вала лимитируется наименьшим из максимально допу- 300 ЧФ ~Ф4 ~ ~+~ ~+' ,7 и) н1 Рис. 7. 39. Схемы компоновки ТНА; А — одг1овальные ТНА;  — редукториые ТНА,  — раздельная компоновка; т †радиальн турбина; 2 †каме сгорания; а †рабоч тело Если для качественной оценки принять приближенно значения (р,х — р,) и ск насосов горючего и окислителя равными, то отношение максимально допустимых чисел оборотов насосов горючего и окислителя Пмахг зг то 4 — — )глана вгпахо тг (7,86) Расчетные данные по формуле (7.86) для некоторых топлив представлены в табл. 7.1, из которой видно, что и, насосов горючего и Таблица 7.1 омах г то гзпззх о Компоненты 3,39 ! 1,84 Керосин Жидкий кислород 0,83 1,14 0,85 Керосин Ааотнал кислота 0,83 1,51 2,53 5,57 0,85 Жидкий водород Жидкий кислород 0.07 1.14 О,гб ~ 8,0 4,81 0,07 1,51 Жидкий водород Жидкий фтор 0,85 11,6 5,95 301 стимых чисел оборотов и „насосов, размешенных на валу.
В свою очередь, согласно равенству (7. 32) а окислителя отличаются в несколько раз. Особенно большая разница в и „, для водородных двигателей. Таким образом, определяя число оборотов одновального ТНА по п ,„ насоса, допускающего меньшее число оборотов, мы занижаем число оборотов турбины, ставя ее в условия работы, значительно хуже оптимальных. Правда, применением специальных мер, предохраняющих от кавитации (наддув баков, установка преднасосов и т. д.) удается несколько повысить значения и „, но не настолько, чтобы турбина одновального ТНА работала в наивыгоднейших условиях. При этом в более трудных условиях работают турбины одновальных ТНА двигательных установок открытых схем.
Вследствие указанных причин при некоторых условиях может оказаться более выгодной компоновка ТНА с редуктором или раздельная компоновка. Р еду кто рн ые ТНА (рпс. 7.39,Б и 7. 40) имеют передачу, снижающую число оборотов насоса (одного или нескольких) по сравнению с числом оборотов турбины. При этом каждый агрегат (турбина и насосы) работает при оптимальном числе оборотов, что дает определенный выигрыш в их КПД. Однако такие ТНА значительно сложнее и тяжелей.
Часто они требуют специального обеспечения смазь ' " - ., ' . ки и охлаждения редуктора. Схемы раздельной компоновки ТНА представлены на рис. 7.39, В. Здесь Ряс. т 40. Редукторный ТНА двигателя й2-2 КаждЫй НасОС ПривОднтся своей турбиной, что позволяст обеспечить работу турбины при более благоприятных ус.човиях и может быть целесообразным в водородных двигателях, когда разница в и ,, насосов окислителя и горючего особенно велика. Кроме того, при такои компоновке легче решаются вопросы подвода топлива в ТНА и ре. гулирования подачи компонентов. Недостаток раздельной компоновки в том, что при ней устанавливаются две турбины. Раздельная компоновка ТНА, по-видимому, неизбежна в двигательных установках с замкнутой схемой типа «газ+газ» (см.
$ 8. 3). Примером ЖРД с раздельной компоновкой ТНА может служить двигательная установка к).-20Р (см. рис. 8. 5). В одновальном ТНА турбина может быть расположена между насосами (см. рис. 7.39,а,б,в) и консольно (см. рис. 7.39,г,д, 7.42 и 7.43).
Консольное расположение турбины целесообразно в двигательных установках с замкнутой схемой, так как облегчает подачу продуктов сгорания от турбины в камеру двигателя. В установках с открытой схе. мой место расположения турбины часто определяется удобством размещения агрегатов установки (ЖГГ, испарителя, магистрали компонентов и т. д.). При одновальиом ТНА консольное расположение турбины обуславливает повышенные требования к уплотнениям близко расположенных насосов горючего и окислителя (особенно при самовоспламеняющихся компонентах).
002 ТНА могут иметь два, три и более насоса. При этом дополнительные насосы служат для подачи топлива в ПГГ (см. рис. 6.4, б), а также для подачи топлива в ЖГГ в установках замкнутой схемы типа, показанной на рис. 8.3. Иногда ТНА используются также для привода вспомогательных агрегатов (электрические генераторы, регуляторы и т. д.). Размещение ТНА в двигательной установке На рис.
7,41 показаны возможные схемы совместной компоновки ТНА и камеры двигателя. При размещении ТНА, помимо компактности с целью уменьшения габаритов и массы всей установки, необходимо по возможности обеспечить наиболее прямой путь топлива от баков к насосам (для уменьшения потерь давления), удобный подвод рабочего тела к турбине и отвод а) е) В) г) е) Рис. 7. 4ц Схемы размещения ТНА относительно ка- меры двигателя газов из нее. В двигателях с замкнутой схемой желательно, чтобы газовод для подачи газов высокой температуры из турбины в головку камеры был возможно короче, а скорость газов в нем не превышала 150— 200 м/сек.
Кроме того, следует учитывать возникновение при работе ТНА крутящего момента, сообщаемого ракете, который может потребовать дополнительной компенсации. При поворотной камере двигателя лучше ТНА крепить к камере; в этом случае гибкие шланги подвода топлива ие находятся под давлением, что увеличивает надежность гибкого шланга и уменьшает усилие, необходимое для поворота камеры. Основные параметры и примеры выполненных ТНА В табл. 7.2 приведены данные выполненных ТНА. Эти данные позволяют судить о порядке величин КПД насосов и турбин, коэффициента быстроходности насосов и чисел оборотов насосов и турбин ЖРД. Из таблицы видна также тенденция к увеличению КПД насосов и, особенно, КПД турбин.
Конструкция ТНА двигателей А-4 и «Вальтер» достаточно подробно рассмотрена в работе [25]. На рис. 7.42 показан ТНА самолетного ЖРД ХК1.-99 (см. схему иа рис. 6.35). ТНА подает компоненты топлива: кислород+аммиак. Основные данные ТНА приведены в табл. 7.2. Привод ТНА — независимый от ПГГ, работающего на 90'/о-ной перекиси водорода. Турбина б, активная, с двумя ступенями скорости, расположена консольно. Насос окислителя 13 имеет преднасос 15; вход в насос осевой.
Насос горю. чего 9 выполнен с двусторонним входом. Система регулирования ЖРД позволяет уменьшить тягу до 30% от номинального значения измене. нием числа оборотов ТНА. В свою очередь, число оборотов ТНА регулируется изменением расхода перекиси водорода из ПГГ на турбину. 303 Парах:етры выпол Насосы Рвь,х Рхх Рас- ход О кг Компо- ненты и об двигатель КПЛ Чх кГ ман Мн КВЛ2 л. с.
с ма сек 142 200 18,2 21,9 1,78 3800 2,15 3800 193 272 0,64 О,г5 0,275 0,128 2,8 1,3 А-4 68,2 55,4 4,12 17200 -0,03 6,95 0,3 „Вальтер" (самолетный) 4,12 17200 42 -0,03 2,4 0,3 !',80 12990 7,96 12990 445 759 327 558 15.2 19 Хйь-99 (самолет- ный) 0,75 0,68 1,49 1,87 69,! 81,1 52,9 42,3 Кислород Амь2иак 0,455 0,29 !!ь-2 52,94 55,33 5,!9 5990 5,43 5990 2400 1720 1767 1265 4,Г4 2,95 Кислород Керосин 0,41 0,4! 174,6 80,7 13,0 О , 75 1 850 Кислород Керосин 205,3 7!:5 5940 0,71 90,7 1040 На рис.
7.43 показан ТНА двигателя РД-107. ТНА подает топливо в камеру, а также перекись водорода для газогенератора и жидкий азот для наддува баков. 7,6. ГАЗОГЕНЕРАТОРЫ Классификация и основные параметры Основные назначения газогенераторов — получение рабочего тела заданной температуры и в заданном количестве для привода ТНА. Кроме того, газогенераторы могут использоваться как аккумуляторы давления при вытеснительной подаче топлива (ПАД или гКАД), для наддува баков, для привода вспомогательных систем. Газогенераторы могут рабо- 304 Кислород 75 9о -ный этиловый спирт 80% -ная перекись водорода Метиловый спирт+гид- рааии-гид- рат (Р,,— Р„„)=57,8 кГ(смт (5,67 Мн м2) (Рвах Рхх)=48 7 кГ)см2 (4,78 Мн/мт) Таблипв 72 неннык ТНА Турбины Рвх Рвых Приме- чание О нг сен и об мнн 7 вх *К и Саа КПД и Тип газо- генератора 'Г нГ л.
е на ла см2 с и2 0,38— 0,42 2,75 ПГГ на 80% -ной Н,О, 1,75 1720 0,16 0,31 90 66,2 0,17 Турбина одноступенчатая с поворотом гззз ПГГ на 90% -ной Н202 Турбина двухступенчатая, парпиальная; в=0,75; расположена консольно 2,8 12990 О, 27 900 3,58 0,5 о23 ТНА редукторный; турбина двухступен- чатая 4250 3130 29300 ЖГГ на 02+ иегосин я=О,ЗЫ жгг нз 02+керо- 2975 2190 0,68 3,07 28900 31,3 син 10 908 тать на жидком и твердом топливе. Газогенераторы на твердом топливе (ПАД) применяются обычно для запуска ТНА или как аккумуляторы давления при вытеснительной подаче (9.61.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
