Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Для привода ТНА применяются главным образом газогенераторы на жидком топливе. По числу компонентов, используемых для получения рабочего тела, различают одно-, двух- и тредкомпонентные газогенераторы. В однокомпонентных газогенераторах рабочее тело образуется в ре.
зультате разложения топлива. Обычно их называют парогазогенер а т о р а м и (ПГГ). В двухкомпонентных газогенераторах рабочее тело получается вследствие реакции сгорания горючего и окислителя. В трехкомпонеитных газогенераторах для снижения температуры или для улучшения значений ГсТ рабочего тела подается третий компонент. Двух- и трехком- о 6" ' о и а~ й о "Д~~ ~е 8 ~До ~Я„8 о ы~ (7.87) е газогене аторы принято называть жид с костными газононентные газ г р 7.44). Условия применения ПГГ или генерат р о а м и ЖГГ (рис.
па амет ами работы газогене- ЖГГ рассмотрены в В 6.2. Основными п р р ратора являются температура рабочего тела, величина гс и расход ю должен обеспечить газогенера- Температура рабочего тела, которую долж то, оп еделяется максимально допустимой температурой лопаток и , 750 — 1200'К. Величина )сТ рабочего тела характеризует его работоспособность и зависит от применяемых компонентов и их соотношения.
6 Расход рабочего тела через газогенератор определяется из условия обеспечения необходимой мощности ТНА В двигательных установках с замкнутой схемой типа «газ+ жидкость» суммарный расход компонентов через ЖГГ в конечном счете определяется принятой температурой рабо е чего тела, так как один из компонентов ЖРД подается в ЖГГ полностью и расход его через ЖГГ равен расходу в камеру ЖРД, а расход второго подбирается так, чтобы температура рабочего тела была равна заданной. При замкнутой схеме ,газ+газ» расходы компоненРис. 7.44. Внешний нид жГГ, рпботагоше- тов через каждый из ЖГГ го на Й)чОа+керосин (1937 г)' определяются из условия обест — пиропатрон аажнганип; у — камера: у — Форсунка печения заданной температуры окислители; е — форсунка еодм: т — Форсунка гор~ о б Ра ч расходо~ чего; и — камера дополнительного испарении % 8.
3. приведен в ч В двигательных установках с открытой схемой р д асхо компонентов через газогенератор р определяется из условия обеспечения необходимой мощности ТНА. по ачи Зная нео ходимую м б м ю мощность турбины ТНА для обеспечения д го тела, вы абатываетоплива, определим необходимый расход рабочего тела, в р мого газогенератором, из формулы (7. 55): 75АУт гг ь, Рассмотрим работу и устройство различных типов:азогенераторов на жидком топливе.
Парогазогенераторы ( ПГГ) В ПГГ абочее тело образуется в результате разложе я д а ложения однокомива. В табл. 7.3 приведены некоторые топлива для ПГГ. понентного топлива. та л, , пр ПГГ перекиси водорода Наиболее распространено использование в ии. П и этом разложение перекиси водорода различнои концентрации. (ги в ПГГ происходит под воздействием катализатора. кач то а используются как жидкие катализаторы (водные растворы перман-' аМпО, КМп04), так и различного типа твердые катализаторы. ся зе на какого-либо по- В е ве твердого катализатора применяются р кач ст е о катализи ющее вещество ристого вещества, в порах которого осажден ° ру Таблица 7.3 йт кГ лс1кг У7Г дж 1кг Тс К Топливо 1270 48000 47!000 1,35 Перекись водорода 100%-ной концентрации Изопропилн:трат Гидразин Окись этилена НДМГ 1260 867 1200 64000 !з8000 56000 628000 668000 550000 1,15 1,37 1,17 !большей частью тот же КМ004), или катализирууощие сетки.
На рис. 7.45 показаны схемы ПГГ на перекиси водорода с использованием жидкого или твердого катализатора. Большее распространение получили П! Г с твердым катализатором. Рис. 7. 45. Схемы перекисеводородиых ПГГ: а — с жидким катализатором; б — с твердым катализатором. / †водв псрекнси; у †форсун перекиси водорода; 3 †форсун катализатора; 4 †подв «аталнзатора Л вЂ корп; б †шн; 7 †сбор» даротаза и отводящая труба, а — каталпззтзр Температура и состав парогаза, вырабатываемого путем разложения перекиси водорода, целиком определяется (если не учитывать некоторой неполноты разложения перекиси и тепловых потерь) концентрацией перекиси, поступающей в реактор.
При расчете состава парогаза следует исходить из того, что при тех низких температурах, которые имеют место в реакторе ПГГ, диссоциация продуктов разложения отсутствует и парогаз состоит из паров воды н свободного кислорода (пренебрегаем содержанием катализатора и 309 11 908 продуктов разложения его). Один граммоль перекиси (34 г) при разложении дает 1 граммоль воды (18 г) и Чг граммоля кислорода (16 г), Относительное содержание паров воды и кислорода зависит от концентрации перекиси, Если обозначить концентрацию перекиси через п„то состав парогаза будет следующий.
Количество паров воды в 1 кг продуктов разложения перекиси йн о=(! — о,)+ — о, кг НгО/кг парогаза; 18 34 (7.88) содержание кислорода 18 до =-о — кг Ор/кг парогаза. 34 (При использовании жидкого катализатора величина оо должна учитывать количество воды, поступающей с раствором перманганата).
Зная состав перекиси, теоретическую температуру парогаза, находим из условия равенства полных теплосодержаний перекиси с концентрацией оо и продуктов разложения: /.,,„,.=(д.../...,.+ д,,/„,,)„ (7.90) где / .и,о и /в,о, — полное теплосодержание НгО и Ор при заданной температуре определяются по таблицам; /,.н,о, — полное теплосодержание НрОв Для ~перекиси с концентрацией оо /о н о =во/в н о +(! тто) /он он+(! оо) й/рвствт (79!) где Ь/р„„— теплота растворения воды в НрОр: Ь/р„—— — 11 ккал/кг Н,О(-46 10 дж/кг Н,О). Решая (обычно графически) уравнение (7.
90), определяем температуру. На рис. 7. 46 приведены данные по расчету состава и теоретической температуры парогаза (5). Действительная температура парогаза будет меньше за счет потерь тепла в связи с неполным разложением перекиси и за счет охлаждения парогаза в реакторе и трубопроводах и составляет 0,92 — 0,95 от теоретической. При определении размеров реактора ПГГ, работающего на жидком катализаторе, можно исходить из того, что в 1 л объема при давлении в 20 — 30 кГ/см' (=2 — 3 Мн/м') можно с хорошей полнотой разложить в 1 сек 1 кг 80о/о-ной перекиси.
Расход жидкого катализатора составляет 7 — 8% от расхода перекиси. Расчет размеров реактора на твердом катализаторе основывается на определении массы и размеров пакета катализатора. Для этого расчета используются две величины. Первой величиной является допу. скаем ый удельный расход пер еки с и в кг/сек, который может разложить 1 кг твердого катализатора. Эту величину обозначим 8 нг/сон НрО нг кот. Вторая величина — полный ресурс катализатора Я кг НрОр на 1 кг катализатора, под которым понимается полное количество перекиси в кг, которую может разложить 1 кг катализатора за все время своей работы. Пользуясь этими величинами, легко определить массу пакета катализатора (7.92) Найденная масса проверяется на полный ресурс следующим образом.
Полный расход перекиси за все время работы двигателя т должен 310 777 !О дж кн е е оа оа 650 с ка ~~ 20 тора 900 ск оаа Я «ООФ: 6 о 200 кк.' 4 о 90 95 90 95 ЮО Нта 9 Реа птоРе ао %1по папе) кза 392 ко 294 50 199 го 0 0 0 55 70 75 па Чепптпааик Рнс. 7.4б. Состав, теоретическая температура н Г«Т па. рогаза, получаемого прн разложении перекиси водорода различной конпентрапнн При меньших ресурсах Я величина о может быть значительно уве.
лнчена. Это объясняется тем, что при повышении удельного расхода перекиси за счет больших скоростей движения перекиси и парогаза через пакет катализатора увеличивается износ катализирующего вещества. Объем пакета катализатора 17„, находится по насыпной плотности катализатора укат: ~кат кат ккт (7.94) Жидкостные газогенераторы (ЖГГ) Преимущество ЖГГ по сравнению с ПГГ состоит в возможности использования для работы ЖГГ основных компонентов, на которых работает ЖРД. ЖГГ допускают регулирование суммарного расхода рабочего тела и соотношения расходов окислителя и горючего (т. е.
температуры рабочего тела». В двигательной установке с замкнутой схемой в ЖГГ происходит значительная часть процессов превращения топлива ЖРД в продукты сгорания. Практически в большинстве случаев ЖГГ работают на основных компонентах ЖРД (рис. 7.47). Главная особенность и отличие ЖГГ от камеры сгорания состоит в том, что ЖГГ работают при «смещенном» а, т. е. при коэффициенте избытка окислителя а>)1 или при а«1. В обоих случаях соотношение между компонентами определяется из условия обеспечения принятой температуры рабочего тела.
ЖГГ, работающие с а)>1, называются окисл ительными или просто «кислыми», ЖГГ с а«1 называют восстановительными н илн «сладким и». Выбор типа ЖГГ (окислительного или восстановительного) определяется назначейием ЖГГ, применяемыми компонентами и схемой дви. гательной установки. При замкнутой схеме двигательной установки типа «газ+жидкость» выбор окислительного или восстановительного ЖГГ определяется в ко- 311 быть меньше, чем полный ресурс данного количества катализатора: (7.93) Величины 5 и 5 зависят от применяемого катализатора. печном счете работоспособностью рабочего тела, подаваемого иа турбину, т. е. произведением (с11сТ)гг.
При открытой схеме для получения рабочего тела заданной температуры можно в равной мере использовать ЖГГ с а)>1 или с а«1. Окончательный выбор окислительного или восстановительного ЖГГ в этом случае определяется применяемыми компонентами и спецификой работы агрегатов двигательной установки (конструкция, материалы, назначение установки). Для примера на рис. 7.48 показана теоретическая зависимость изменения Т и ГсТ, а также скорости изменения температуры дед!па для топлива Од+керосин в широком дна!7 ПаЗОНЕ ИЗМЕНЕНИЯ а. Анализируя эти графи- ки, мы видим, что, например, д при температуре рабочего тела 1500о К Г«Т для восстао 7 новительного ЖГГ в два раза больше, чем для окпслительного, а скорость изменения температуры дТ!д !па несколько меньше, что часто более благоприятно для работы двигательной установки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
