Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Соотношение компонентов т=бов/Бп, =4.8; КПД турбины Ч,=04; КПД иасо- 330 Расчеты показывают, что наибольшее возможное давление в камере невелико и при реальных значениях КПД насосов и турбины соотношения компонентов т и температуры водорода на выходе из охлаждающего тракта оно не может быть выше 40 — 50 ата (=4 — 5 Малев), т. е. схема, подобная представленной на рнс. 8.7, прн высоких давлениях в камере сгорания ие приемлема. Для иллюстрации рассмотрим пример определения Ргша* сов Ч,=по.
О,=Ч .н, =06. Потери давления кислорода на участке от насоса до камеры двигателя Ьр О н водорода на участке от насоса до турбины Ьр,„н равны полО» ЬРоол=ЬР»оло Ьроол и„— - 20 кГ)смх (1,96 Мн!мт). Потеря давления водорода на участке от турбины до камеры сгорания н давления кислорода в головке соответственно равны и составляют Ьрх=8 кГ(смт (0,79 Ми/мт). Давления на входе в насосы одинаковы и равны р»хо,=р„н,=р, „=5 кГ,'см т (0,49 Мн)мт). П Пр Е 070 0 78 0,77 0,70 070 0 74 0,7Я 0,7г гх г0 гу гг гр 30 уг и, Рис.
8.9. К решению примера Определяем постоянные величины, входящие в уравнение (8. 28): А А =. Чтчо 1 ()" ) н, УН,УО, = 56,8 10з 1— =0,4 0,6 ' (424 200) 70 1140 =56,8 10а; 1,4 1,4 — 1 Б= (ЬРоол Ри ох) (УО отн ) = (20'104 — 5 104) (1140+ 4,8 70) = = 2,22 10з; — 4 8= 0,0655; Уо, 2Л вЂ” 1 1140 2 1,4 — 1 Построив зависимость от л, левой части уравнения (8.28), находим графически величину я1, (рнс.
8.9): п1 1 =2,94. По уравнению (8. 29) определяем рз,„т 1 .» (1 — — > — Б арз= ттт ог170» + чун 1 — 2,22 1Ов 1,4-1 291 1,4 2,94 1140 + 4,8 70 — 8 104 = 27.104 каме = 27 ага (2,65 Мн1мт). 2) При Тй = 0' С = 273' К. Проведя аналогичные расчеты, получим: тгт орг — — 2,87; Ртт»х = 41,8 ага (4,1 Мл»»лгх)' Таким образом, увеличение температуры водорода, поступающего на турбину Тн,, на 73' привело к увеличению рв„„ почти в полтора 331 раза.
Так как предельно возможная величина Тн определяется условиями надежного охлаждения камеры двигателя, то величина наиболь- ШЕГО ДаВЛЕНИЯ В КаМЕРЕ Ра,х НаХОДнтСЯ В ЗаВИСИМОСтИ От ОРГаНИЗаЦИИ охлаждения. Как видно из уравнений (8. 25) и (8. 29), на величину рй сильно влияет также изменение КПД турбины 21, и насосов т1н. в з злмкнутля схнмл глз-рглз» На рис.
8.!О показана замкнутая схема двигательной установки типа «газ+газ». Горючее и окислитель из насосов поступают с заданным соотношением в ЖГГ 2 и 8. Газообразные продукты сгорания ЖГГ с из- 7 Лу и Рис. 8.!О. Замкнутая схема типа «газ+газ»: ! — бак окислителя 2 — окислительный ЖГГ.  — насос окисли. тела; 4 — турбина;  — подача аккслительиых продуктов сгорания пя ТНД е камеру; б — камера двигателя 7 — бак го.
рючего  — восстановятельный ЖГГ У вЂ” насос горючего !В- турбина; Н вЂ пода восстановительных продуктов сгорания в камеру; !2 †пода горючего иа охлаждение камеры бытком окислителя и горючего используются для привода турбин 4 и 1О и затем по газоводам 5 и !! поступают в камеру сгорания 6. Таким образом, в установке, работающей по замкнутой схеме «газ+газ», оба компонента полностью используются для привода турбонасосных агрегатов.
Благодаря этому заданное давление в камере сгорания обеспечивается при меньших давлениях подачи, чем при схеме «газ+жидкость». Выигрыш в данлении подачи особенно заметен при необходимости обеспечить высокие давления в камере сгорания. Определение основных параметров Исходными уравнениями, определяющими при заданном давлении в камере сгорания основные параметры работы ТНА и ЖГГ, будут уравнения баланса мощностей турбины !11, и насоса Л1„турбонасосных агрегатов горючего и окислителя: (8.30) или в развернутом виде Лт в Его ! ! (8.31) 832 При этом, очевидно «Го,жгг.о О.жгож МГГГ 0 ,«гг в '-' .жгжо г.жггж (8.33) Так как весь компонент проходит через газогенераторы, очевидно, 0,=0,жгг,+6,„„„,; 0«=-0« .гг,+0г гг,. (8.34) Решая совместно уравнения (8.33) и (8.34), находим расходы компонентов в каждом из ЖГГ: ~о ~гажгг.
мггг. о Ожгг,о Ожгг.в бгож г.о жо г.жгг в вькгг.о — Ожгг. Сгомггг.о 0о (8.35) 6о гкгг.в жгг в Ожгг.а жжгг.в 0о — 6 гжжгг.в Ожгг.а Ожгг.в 6о жгг о= жгг.о Отсюда находим расходы рабочего тела на каждую из турбин 0,,=0 г«,=6«г„.г,+6,. „„,; 0,,=6 «,,=6г г,,+6, „„,. (8.36) Проведя анализ системы уравнений (8.
3), подобный проведенному выше для схем «газ+жидкость», получим уравнения, аналогичные уравнениям (8. 19) и (8. 20), которые позволяют определить наибольшее возможное давление в камере сгорания. Преимущества и недостатки установок с замкнутой схемой Рассмотрев различные типы установок с замкнутой схемой, отметим основные преимущества, недостатки и особенности нх работы. Главное преимущество заключается в более полном использовании энергии топлива, имеющегося на борту ракеты, так как при замкнутой схеме потери тяги за счет расхода компонентов на привод ТНА отсутствуют. Удельная тяга установок с замкнутой схемой больше, чем у установок с открытой схемой, и равна удельной тяге двигателей.
Недостатком установок с замкнутой схемой является их большая сложность по сравнению с установками открытой схемы. Эта сложность обусловлена, во-первых, необходимостью подачи из ТНА в камеру сгорания продуктов сгорания высокой температуры, во-вторых, высокими давлениями подачи, которые при замкнутой схеме, очевидно, значительно выше, чем при открытой. Все это затрудняет обеспечение высокой надежности работы установки. Высокие давления подачи и высокие давления в ЖГГ и в турбино ТНА приводят также к увеличению массы системы подачи установки. И в целом, несмотря на отсутствие отдельной системы подачи топлива 12 908 ЗЗЗ 6„+6«,=6«-1-6 (8.32) При известных температурах рабочего тела, подаваемого на тур.
бины 4 и 10, работающие соответственно на окислительном и восстановительном газе, и при известных расходах компонентов через камеру (6г и 6,) суммарные расходы (6« в и 6,,), а также расходы окислителя (6,, и 6, т,а) н горючего (6,, и 6„,,) в окислительный и восстановительный жидкостные газогенераторы определяются однозначно. Действительно, заданные температуры в ЖГГ обеспечиваются соотношением компонентов т . Таким образом, при известных температурах нам известно необходимое для данного топлива соотношение компонентов в окислительном и восстановительном ЖГГ: в ТНА и выхлопных патрубков, удельный вес установки с замкнутой схемой без баков сопоставим с удельным весом установок открытой схемы. Однако, благодаря выигрышу в удельной тяге, уменьшение полной массы заправленной двигательной установки может достигать 10 — 20% за счет уменьшения необходимого запаса топлива и соответствующего уменьшения габаритов (а следовательно, и массы) баков.
Этот выигрыш особенно ощутим при больших тягах двигателя, поэтому применение установок с замкнутой схемой более целесообразно в двигательных установках больших тяг. При малой тяге усложнение установки и снижение ее надежности, связанные с использованием замкнутой схемы, не всегда окупаются выигрышем в тяге. Применение замкнутых схем даст наибольшую выгоду в двигатель. ных установках больших тяг, работающих при высоком давлении в камере сгорания, так как в этом случае при использовании открытой схемы потери тяги за счет расхода части компонента на привод ТНА были бы сравнительно большими.
Интересной особенностью установок с замкнутой схемой является то, что КПД насосов и турбины влияют только на величину давления подачи и давления рз „ и практически не влияют на удельную тягу установки, так как ухудшение КПД турбины и, или КПД насосов й, приведет только к увеличению потребного давления подачи, но не к ухудшению удельной тяги. Однако значения КПД турбины и насосов в установках с замкнутой схемой очень важны, так как при ухудшении КПД возрастает давление подачи и соответственно возрастает масса двигательной установки. Поэтому и при замкнутой схеме важно обеспечить экономичную работу ТНА.
Глава ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ С ВЫТЕСНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ ПОДАЧИ Основной недостаток вытеснительной системы состоит в том, что при ием баки находятся под давлением подачи, вследствие чего их масса получается очень большой. Однако по своему действию и конструкции вытеснительные системы подачи проще турбоиасосных; проще запуск и остановка двигателя; нет сложных агрегатов, подобных ТНА, и вращающихся элементов, что в некоторых условиях может также являться существенным преимуществом.
1 Весовой анализ двигательных установок с вытеснительной системой подачи [152] показал, что иногда при работе на больших высотах установки ~)у'(,с с низким давлением в камере, порядка Ф' 5 ага (=0,5 Мн/лет), более рациональны, чем установки с турбонасосной системой подачи. дело в том, что при ра- оа=гратл-~г, "хх рлдоалгл 'х, боте на большой высоте в связи с ничтожно малым давлением окружающей среды можно и при малом давлении в камере получить степень расширения 1 1 1 6= — —: —, обеспечивающую доста- 200 900 точно высокую удельную тягу. При этом несколько снизится удельная тяга в силу некоторого уменьшения тЕМПЕратурЫ В КаМЕрЕ СГОраНИя, а таК- Рис.
9.1. Сравнение контуров двигаже вырастут габариты камеры двига телей, имеющих одинаковые тяги и теля, так как при уменьшении давле- степени уширения при различных ния в камере при той же тяге (или расходе) согласно уравнениям (1. 9) и (1.20) площадь 1„р и площадь среза 1з соответственно Увеличатси. Для сравнения на рис. 9. 1 показаны контуры двигателей с одинаковой степенью уширения, работающих прн давлении в камере 4 и 20 ага (0,39 и 1,96 л4н1мт), откуда видно, что при понижении давления существенно вырастают габаритные размеры камеры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
