Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 65
Текст из файла (страница 65)
иая порция компонента только испаряется, не участвуя в реакции. Очевидно, что в зависимости от применяемого топлива и типа ЖГГ (а«1 или а>>1) правомерность таких допущений будет различной. Допущения более приемлемы при дополнительном впрыске компонентов с простой молекулой. Объем ЖГГ, если нет опытных данных, можно определять аналогично объему камеры сгорания ЖРД по условному времени пребывания (3. 3).
При этом, учитывая меньшие температуры и особенности организации процесса в ЖГГ, условное время пребывания в ЖГГ надо брать в 1,5 — 3 раза ббльшим, чем для камеры сгорания ЖРД, работающей на том же топливе. В соответствии с законом сохранения энергии уменьшение полного теплосодержания продуктов сгорания Л)п,„,, пойдет на увеличение теп.
лосодержания воды, превращенной в пар: с=аг .н.о. (7.108) Обозначив через о количество воды, подаваемой для охлаждения 1 кг продуктов сгорания, определим И Глава ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ С ЗАМКНУТОЙ СХЕМОЙ Двигательной установкой с з а м к н у то й с х е м о й называется установка,в которой отработавшее в турбине рабочее тело поступает в камеру сгорания, где происходит его догорание при оптимальном соотношении горючих и окислительных элементов.
При этом характерные для двигательных установок открытой схемы потери тяги за счет нерационального расхода компонентов на привод турбины отсутствуют — удельная тяга двигательной установки с замкнутой схемой равна удельной тяге двигателей. Таким образом, в двигательных установках с замкнутой схемой более полно используется для создания тяги химическая энергия всего топлива, имеющегося на борту ракеты. Выше (8 6. 3) было показано, что для двигательной установки с открытой схемой увеличение давления в камере более чем до 100— 150 ага (=10 — 15 Мн(мз) нерационально, так как необходимое для этого увеличение давления подачи требует соответствующего увеличения мощности ТНА. При этом расход топлива на привод ТНА А6тнх возрастает настолько, что выигрыш в удельной тяге двигательной установки за счет увеличения р*/р» не получается [см.
формулу (6. 5) и рис. 6. 8]. Таким образом, применение замкнутой схемы не только повышает удельную тягу двигательной установки по сравнению с Рт„установки с открытой схемой, но и дает возможность дальнейшего увеличения Р, за счет увеличения давления в камере. В зависимости от состояния, в котором компоненты подаются в камеру сгорания, различают два типа замкнутых схем двигательных установок; «газ+жидкость» и «газ+газ». При схеме «газ+жидкость» (рис. 8.
1) один из компонентов, окислитель или горючее, полностью поступает в ЖГГ, где и сгорает с частью второго компонента (соответственно при а»1 или а«1). Образовавшиеся газообразные продукты сгорания с большим избытком окислительных или горючих элементов идут на привод турбины ТНА и затем по газоводу поступают в камеру сгорания.
Второй компонент поступает в камеру сгорания в жидком виде. Разновидностью замкнутой схемы типа «газ+жидкость» является показанная на рис. 8.7 схема двигателя К( -10, работающего на кислороде и водороде. Здесь нет специального ЖГГ; водород газифицируется в охлаждающем тракте, поступает на турбину ТНА и оттуда в камеру сгорания. Кислород, поступает в камеру сгорания из насоса в жидком виде. При схеме «газ+газ» (см.
рис. 8.!О) оба компонента поступают в два ЖГГ (один с а»1, второй с а«1). Из ЖГГ продукты сгорания идут иа привод турбин ТНА и затем поступают в камеру сгорания, где з!т происходит их догорание при заданном соотношении горючего и окис- лителя. 8. 1. ЗАМКНУТАЯ СХЕМА «ГАЗ+ЖИДКОСТЬ» Упрощенные замкнутые схемы типа «газ+жидкость» показаны на рис. 8. 1 и 8. 3. Для определенности взята схема, работающая с окислительным газогенератором (схема, работающая с восстановительным ЖГГ, аналогична). При работе установки насос окислителя 3 подает весь окислитель из бака 1 в ЖГГ 7. Горючее из насоса 8 идет по двум направлениям: часть горючего, необходимая для образования рабочего тела при- г Рис. 8.1.
двигательная установка с замкнутой схемой типа «газ+ -1-жидкость»: à †б окислителя: 2 †турби; 3 †нас окислителя. « †пода продуктов сгорания иа ТНА в камеру; Ю вЂ” камера двигателя; б — бак отрючего; 7 — жГГ;  — насос горючего Определение параметров работы основных агрегатов Основным уравнением, позволяющим при заданном давлении в камере сгорания определить давление в ЖГГ, необходимое для привода ТНА, а следовательно, и необходимое давление подачи (иногда его называют давлением, прн котором схема з а м ы к а ется), является уравнение баланса мощностей, потребляемой насосами и развиваемой турбиной: Аг,= ~',АГ,.
(8.1) Согласно уравнениям (7. 10) и (7. 55) для рассматриваемой установки (см. рис. 8. 1) б„ч, 78 й — 1 Е = ау его 1Рпол.с — Рал.о) 78точн.о (8.2) от (Рлод.г Рвк.г) (8.3) 78угчи г 318 вода турбины, поступает в ЖГГ 7, остальная же, основная, часть горючего поступает сразу в камеру сгорания б. Образующееся в ЖГГ 7 рабочее тело с избытком окислителя поступает на турбину 2 и дальше по газоводу 4 в камеру сгорания 5. Таким образом, компоненты топлива поступают в камеру сгорания как в жидком виде, так и в виде газообразных продуктов сгорания прн температуре 600 — 8(Х)'С с большим избытком окислителя (откуда и на. звание схемы <газ+жидкость»).
Проведем анализ работы установки, работающей по схеме, представленной на рис. 8.1. Подставив выражения (8.2) и (8. 3) в уравнение (8. 1), получим и — т отчт Л гтт"в т (Рных ) а 0о (Рван.о Рнх.о) + ог (Рпох.г Рвх.г) 75точн.а 75тгЧн.г (8.4) где 6,— расход рабочего тела через турбину, очевидно, равный расходу компонентов через ЖГГ; А — показатель адиабаты продуктов сгорания ЖГГ (обычно 1=1,2 —:1,3); Ч,; Чн,; Ч„г — эффективный КПД турбины и КПД насосов окислителя и горючего; Р„,„,", Р.,„г — давлениЯ подачи компонентов насосами; Рв„,; Р„ „ — давлениЯ окислителЯ и гоРючего на входе в насос; ГтТ„ — газовая постоянная и температура торможения рабочего тела на входе в турбину. Считаем их равными газовой постоянной и температуре на выходе из ЖГГ, т.
е. ЙТ =(РТ) „„. (8.8) При замкнутой схеме давление Р„„определяется давлением в камере, т. е. Рных Р2 д Р2 (8.6) где ЛРт — потери давления продуктов сгорания на пути от турбины до камеры сгорания. Давление на входе в турбину можно считать равным давлению в ЖГГ: Рвх=Ржгг (8.7) (8.9) Рнон Ржгг+ пРжтг Пт(Р2+ 5Ра)+ГгРжгг где ЛРж„— потеРи давлениЯ компонента в магистРалЯх, клапанах, РегУ- лирующих устройствах, находящихся на пути от насоса до ЖГГ, а также в трактах и форсунках ЖГГ. Подставив выражения (8. 5) — (8.9) в формулу (8.4), получим развернутое выражение для определения величины ях или давления в ЖГГ при заданном давлении в камере сгорания: гг Чт ы ( 1 тгт (Р2 Рн)+~Рмгг.о Рвх.о + Т(Т) 75 ь — ! 75тоЧн.о и т Ят(РнЧ пРн) ! аРжгг.г Р т.г г 75тгчн,г При решении этого уравнения заданы или известны из расчета камеры двигателя и ЖГГ расходы компонентов 6„6„6„а также значения величин А и ЯТ)н, в зависимости от давления в ЖГГ.
Задаваясь (8.10) 3(9 Перепад давлений на турбине с учетом соотношений (8.6) и (8.7) ят (8.8) Рных Р7 ! 5Ра Давления подачи насосов Р,д, и р,д„ очевидно, выше давления в ЖГГ на величину гидравлических потерь давления компонента на пути от насоса до камеры сгорания ЖГГ, т. е. в общем случае значениЯми КПД т1м.,; т1„„и т1„а также оценив значениЯ ЛРЯ, Р„,;, Р,„;, Лрщ о и Лрщгггг решаем уравнение (8.10) и определяем перепад на турбине л, и давление в ЖГà — р при выбранном давлении в камере сгорания рщ Уравнение (8.10) удобно решать, задаваясь рядом значений и,.
Определив для каждого и, величину гт пт(ра+Лдв) =рщ, строим кривые зависимости правой и левой части уравнения от гг„т. е. строим графики располагаемой мощности турбины У, =Дп,) и потребной мощности НаСОСОВ Фн=Г (Пт). ТОЧКа ПЕрЕСЕЧЕ- ния кривых и даст нам расчетные значения п,,р и мощности ТНА )тр, при которых схема замыкается (рис. 8. 2). Рис.
8. 2. Зависимости располагаемой мощности турбины гчт и потребной мощ. ности насосов йг» от пт и давления в камере ре. 4, Х 4 — потреб»ме мощности; 3 — распоп»гасман мощности 320 лгр Влияние давления в камере сгорания и на параметры работы установки Р Рассмотрим, как будет влиять увеличение давления в камере сгорания рв на параметры работы системы подачи установки. Для определенности здесь и в дальнейшем весь анализ работы двигательных установок с замкнутой схемой будет проводиться при постоянном суммарном расходе топлива через камеру сгорания. При этом изменение давления в камере сгорания достигается только за счет изменения величины ),р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
