Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Здесь ЖГГ 4 является форкамерой камеры двига- 324 теля. В ЖГГ подается 90% водорода и 15% кислорода от общего расхода каждого компонента в камеру. Остальной кислород подается через форсункн, размещенные на радиально расположенных выступах 2. "з Рис. 8.5. Схема и макет двигателя Кь=20Р установки, работающей на топливе О,+На по замкнутой схеме типа «газ+ +жидкостьж а — схема двигателя б — макет; ! — свило; г — вмсгуп с фсрсункамн жидкого Ои 3 — ТНА жидкагв Ои Г— ЖГГ; б — жидкий Нк б — ТНА жидкого Нк 7 — пористая стенка Оставшиеся 10% жидкого водорода используются для наружного охлаждения сопла 1 и затем подаются через пористую стенку 7 в камеру сгорания, При этом образуется пристеночный слой внутреннего охлаждения. Пример расчета основных параметров замкнутой системы подачи Двигательная установка ЖРД работает на топливе (80% НЫОа и 20%с Ыа04)+ +тонка 250 по замкнутой схеме «газ+жидкость» типа, представленной на рис. 8.1, с окислительным или восстановительным ЖГГ.
Заданы: параметры ТНА и ЖГГ: Ч.вс Пят=0,65; й=!,2; чг=О 4: плотность компонентов: ус= 1590 нг/мз; ус= 845 нг/мз; расход компонентов: Па=160 кг/сек; 6„=40 кг/сек. Из условий наибольшей допустимой температуры рабочего тела ЖГГ работают при следующих соотношениях: окислительный ЖГГ и г„=20; восстановительный ЖГГ тж„=0,6. При этом с учетом потерь дейстаительное значение (КТ) „считаем одинаковым для обоих ЖГГ (йТ для окислительного ЖГГ меньше, чем для восстановительного); (ЙТ)жгг — — 50 1Оз нГм/нг (490 1Оз дж/нг).
режима работы ЖГГ и ТНА г окислительным нли аосстаноАгг „давление и ЖГГ и даа. Считаем, что исе указанные величины при изменении остаются неизменными. Т р е б у е т с я определить при работе установки аительным ЖГГ: перепад давлений на турбине л„мощность ТНА ление подачи при ра=90 ага (8,83 Мн/м'); 325 наибольшее возможное давление в камере сгорания рвы *. Р еще ние. 1.
Определяем нли оцениваем необходимые для расчета величины Расходы через турбину: при окислительном ЖГГ ~а 160 Ох =О + Ог во Оо + — = 160 + — = 168 кг/сек; тжгг 20 при восстановительном ЖГГ 6 = От+ 6о =От+ 6гожгг= 40+ 0,6 40 = 64 кг/сек. Потери давления на пути от насосов до камеры ЖГГ и от турбины до камеры сгорания считаем постоянными при всех режимах работы установки н оцениваем как држгг.о = држгг.г = дрмгг = З0 кГ/'зг' (2 94 1(н,'м')! Ьрт = 15 кГ/смг (1,47 Мн/мт). Давление подачи на входе в насосы Рвх.о = Рвх.г = Рв.вх = 5 кГ/смт (0,49 Мн,'мт).
Обьемный расход компонентов через камеру сгорания Оо 6 160 40 гоа =- + = — + — = 0,148 лгз)/сек, уо уг 1590 845 2. Определяем л„ й/хв„ р „, р,„ при давлении в камере р,=90 ага (=8,83=Мн/м'). Находим уравнение зависимости мощности турбины от перепада давления на турбине л,. При окислительном ЖГГ Отт)т ФГ)жгг й у 1 А~т.о = ! —— 75 (й — П ~ в 168 0,4 50 10з У(л,) = 44,8 10з Г(л ), 75 где У (гхт) = 1 — ~в подсчитывается или находится по таблицам газодинамических функций.
При восстановительном ЖГГ о, (вгв„, в (, 1 ) 64 0,4 50 10з У(лт) =- 17 1ОЗУ(нт). 75 Находим уравнение зависимости мощности насосов от л, или от давления в ЖГГ Согласно уравнению (8. 12) ггт(рг+ Рг) + ( Ржгх Ро. х) в= 75 т)в ~а=— лт(90 + 15).104 + (30 5).104 0.148 =- 760 + 3190'лт. 75 0,65 Строим графики зависимостей потребной мощности (й!х „ й!х „) н располагаемой мощности Уо от перепада давлений на турбине л, (рис.
8.6). Точки пересечения кривой потребной мощности насосов с кривыми располагаемой мощности дают расчетные значения л, и )Ув. При окислительном ЖГГ: перепад да вл си ий л,,=1,11; мощность ТНА й/во —— 4300 л. с. (3160 кат) Согласчо уравнениям (8.8) и (8.9) давление в ЖГГ: Ржгг = хтг (Рг + дрг) = 1, 11 (100 + 5) =. 116,5 ага (11,45 Мн/мт)! давление подачи: Рвов = Ржгг + држгг = 116,5 + ЗО = 146,5 ага (14,40 Мн/мт). 326 При восстановительном ЖГГ: и,, =1.37; Агр„= 5!30 л. с, (3770 кат); Р „= 1,37(90+ 15) =. =144 ата(14,12 Мн(л)); рп„,=144+30=174 ата (17,1 Мн7мт). 3.
Определяем наибольшее возможное давление в камере сгорания Рх „„,. ху л) кит л.с 74,7 247 7,т 747 Агре ро д й 7 пт "гтг л тгт Рис. 8.6. К решению примера: 1-К о при о«испит«льном ЖГГ; 2 — К „при восствновнхсльнон жгг; а — к, при р =99 ктусмх ! 9 мнгм 1 При окислительном ЖГГ по уравнениям (8. 17), (8.!9) и (8. 20): Ох а 168 1,2 А = — Чхчн ЯТ)жгг = .0,4 0,65. ' 50.!09 — . ()и а — 1 "" 0,148 ' ' 1,2 — 1 — 8830.104 куум2 (867 Мн/мт)" А 2к — 11» А аРжгг+ Рн.вх а ) 1,2 1' 8830.104 2 1,2 — 111 2 = 2,56; 8830.104 (30 5)104 1,2 1 А Ратх« — ( ! аржгг+ Рн.вх) 2,— 1 аР2 л стт ор1 хтт ! 8830 104 =[8830.104 (30 5) 104]— — 5 104 =- 485 ата ( — 47,70 3!н]мт). 2,56 2-1,2 — 1 2,56 Аналогично при восстановительном ЖГГ: А — 3360.104 кГ(мз (330 Мн!мт); их орх = 2,64; Рт „.
== 190 ага (18,68 Мн[мх). 8. 2. ЗАМКНУТАЯ СХЕМА «ГАЗ+ЖИДКОСТЬ» БЕЗ ЖГГ На рис. 8. 7 и 8. 8 приведены замкнутая схема типа «газ+жидкость» и внешний вид двигательной установки ЖРД И.-[0, работающего на кислороде и водороде. Жидкий водород поступает в двухступенчатый насос б, затем в охлаждающий тракт камеры двигателя 8, откуда образовавшийся газообразный водород поступает на турбину б привода ТНА и затем подается в камеру сгорания 3. Перепускное устройство 7 служит для поддержания постоянства режима работы установки.
Жидкий кислород подается в камеру сгорания насосом 1. Таким образом, в этой уста- и, Рис. 8,7. Схема двигательной установки Кь-1О (замкну- тая схема «газ+жидкость» без ЖГГ): 7 — насос жидкого Ог; У вЂ” редуктор; 3 — камера сгорании; «-«андо. б— турбина; б — днухстунеинатма йасос жидкого Нг; 7 — регулитор вовке рабочим телом для привода турбины является водород, котооьм газифицируется и нагревается до нужной температуры в охлаждающем тракте камеры двигателя. При этом температура «нагретого» водорода Рис.
8. 8. Двигатель К1.-10: а — в сборе; б — на установке может быть ниже нуля. При такой схеме двигательной установки отпадает необходимость в специальном ЖГГ, что существенно упрощает всю установку. Недостатком ее является довольно ограниченный предел возможного давления в камере сгорания рз 328 Определение основных параметров Уравнением, связывающим основные параметры камеры сгорания и ТНА, является уравнение баланса мощностей турбины и насоса Ж,=МП, которое в развернутом виде запишется так: () ху.) ( 1 ) Н2 (Рнод.
Н2 Рпх.Н2) т + Г)02 (Рпох 02 Рпх О2) Уо,ч..ох (8.21) где бн,— расход водорода через камеру сгорания, равный расходу, Н2 * через турбину; Оо,— расход кислорода; ун, иу,— плотности жидких водорода и кислорода; А=1,4 — показатель адиабаты для водорода; л, — перепад давлений на турбине: Рвх Рвх и т Рпнх Рг+аР2 Рпод Н,, Ровдо,— ДаВЛЕНИЯ ПОДаЧИ Н2 И 02; р н,; р , — давления на входе в насосы.
Очевидно, что Рпод О: Р2+ ДР2+ Дрпод.о (8.22) Рподш*= Рвх+ Дрпох их =ят(Р2+ Дрн)+ Дрпод н где ')н.от =')н.нп = т)н' дрпод.о. = дрподщт -- Дрпод' Дро.=ДРН =-ДР2' Рвх.о =Рпх.н =Рвх.н' (8.23) Тогда, подставив выражения (8. 22) в уравнение (8.21), после несложных преобразований получим й / 1 () )н2 Чтчптнотох д — 1 ( Рпон Р» х) (то,-~-отн2) п Р2— — д р2, (8.
24) Я~топ+ ОтНП где ГХО2 т)н2 329 дРп,„ю, — потеРи давлениЯ на Участке от насоса до входа в камеРУ двигателя; дрп, „, — потери давления на участке от насоса до турбины; дро, — потери давления на участке от входа в камеру двигателя до камеры сгорания (в головке камеры двигателя); дрн, — потери давления на участке от турбины до камеры сгорании.
Определим величину наибольшего возможного давления в камере рх~нд. Для упрощения будем считать постоянными и одинаковыми величины КПД насосов и потерь давления, а также давления иа входе в насос: Обозначив А = — МТ)н.т)тт)нтн:Уо,! й ( й — 1 (8.25) Е=(аРьвв — Рвх н)(уо*+ "ун*)~ получим: — ) — в Рг= инто, + тун, (8.26) орг. Для определения ргюа, возьмем производную с(рг/Ып, и приравияем ее нулю: в (! —,) — Б й — 1 — А й "г'о, =0 две! га — 1 (мтуог-грунт)п, (ггт то а+ туна) откуда получим уравнение для нахождения перепада давлений ит,рг, соответствующего наибольшему возможному давлению в камере 1 унт й 1 1 7 Б ! й Раева= в — ! +у! 2й — 1 т га — ! =~! А )2~ т.вр! т.вр! или, обозначив постоянные унт й — 1 7 Б! й д г Е=~! — — ) —, уо 2й — 1 1, А)2й — 1 ' (8.27) получим „', ()+ ~ )=Е. а ьвр! Посчитав постоянные Д н Е, легко находим значение гст.ор! графически или подбором (см.
пример). Зная п,,ры по уравнению (8.25) находим Рг (8.28) А 1 — а ! — Б пт врттог + туна (8.29) Пример определения рв мвв Определить величину наибольшего возможиого давления в камере сгорания рв мвв аля двигательной установки, работающей иа топливе кислород+водород по скеме, представленной иа рис. 8,7, при двух значениях температуры водорода, поступающего на турбину: 1) Тн ††' С=200' К и 2) Т и =Ов С=27о= К. Остальные основные параметры работы установки остаются неизменными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
