Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Чем меньше температура и меньше давление, тем больше задержка воспламенения и тем "жест ю" характер запуска. Экспериментальной отработке и строгой регламентации параметров и процессов запуска (опережения поступления окислителя и горючего относительно друг друга), процессам втекания компонентов через форсунки и их первичному перемешиванию, температуре компонентов, давлению в полости камеры сгорания уделяется большое внимание при проектировании и доводке двигателя. При использовании несамовоспламеняющнхся компонентов, как уже сказано, их воспламенение производится специальным устройством нли блоком зажигания. К настоящему времени разработаны и применяются в эксплуатации много различных схем и способов зажигания несамовоспламеняющихся компонентов.
Рассмотрим некоторые из ннх, получивших наиболее широкое применение. Химическое заптзгалие. Имеются две схемы конструктивного выполнения такого зажигания. Первая схема представлена на рис. 4.5, а. Здесь в трубопроводе горючего перед камерой выделен нли "врезан" объем, отделенный прорыв- ными мембранами от остальной части трубопровода. Этот объем заполняется пусковым горючим, которое самовоспламеняется с используемым в двигателе окислителем. Например, при азотнокислотном окислителе— смеси Н ХОз и НзОе — самовоспламеняющимся компонентом обычно служит смесь триэтнламина (СзНз)зМ и кснпиднна (СНз)зСеНзН~з.
При открьггии главного клапана горючего, последнее устремляется по трубопроводу и заполняет его. При определенном давлении последовательно разрываются обе мембраны, и пусковое горючее первым поступает в камеру сгорания и там самовоспламеняется с поступившим окислителем. Поступающий затем расход ос- яерюге р яерюга г„ новного горючего с окнслителем зажигается от продуктов егора- г ря ния пускового горючего с этим же окнслнтелем. Эта схема зажигания достаточно надежная.
Она может использоваться для запуска как малых двигателей, так и больших. Основной ее недостаток — однократность запуска. рнс. 4.5. Схемы хнанмеского зажнгаввя: я — одноразовая; 6 — многоразоваа; капсула с самовоспламеняюлпвнся компонентом с денным окнслятелем; 2 — газовма аккумулятор павлення; 3 — пусковаа форсунка р» Вторая схема представлена на рис. 4.5, б.
Здесь в составе двигателя имеется специальная пусковая система: бачок с пусковым горючим, которое самовоспламеняется с данным окислителем, система его подачи н трубопровод с клапанами. Обычно трубопровод соединен со специальной пусковой двухкомпонентной форсункой, расположенной на смесительной головке. Например, при окислителе Оз воспламеняющимся с газообразным Оз компонентом служит смесь триэтилалюминия (СзН,)зАЬ и трнэтилбора(СзНа)зВ. При запуске с открытием главного клапана окислителя открывается- и клапан подачи пускового горючего в форсунку. Происходит самовоспламенение и образование очага горения — запального факела.
После поступления в камеру основного горючего, последнее воспламеняется от этого факела. Как только камера вышла на рабочий режим, подача пускового горючего прекращается, а пусковая форсунка переключается на питание основным горючим. Зта схема запуска также надежна.
Основное ее достоинство — возможность осуществления многократного запуска в полете. По этой схеме запускаются многие двигатели, например, двигатель Р-1 РН "Сатурн-5", В этом двигателе дпя зажигания используется смесь, состоящая из 85 % триэтилбора (СзН,)з В и 15 % триэтилалюминия (СзН,)зАЬ, которая само- воспламеняется с парами кислорода (в кислородных двигателях первые порции кислорода — газообразные) . Пирогехническое зажигание. Зто зажигание может выполняться по двум конструктивным схемам.
Первая схема представлена на рис. 4,6, а и б. В данном случае в камеру сгорания со стороны сопла вводится пирозапальное устройство (ПЗУ). Оно состоит из штанги, на конце которой располагается пиротехнический, т.е. твердотопливный патрон — запал. Причем для двигателей первой сту- Рис. 4.6. Пиротехнические схемы зажигания. Расположение пирозапального устрой. ства ПЗУ: а — иа мартовом столе; б — иа сопловой заглушке; в — на корпусе камеры сгорания и корпусе ЖГГ 76 Рис. 4.7. Электронскровое зажиганиез 1 — трубопроводы подачи пусковых газообразных компонентов (кислорода и водорода и др.); 2— блок-форкамера злектрозажигання; 3 — злсктро- нскровав свеча; 4 — смесительная головка камеры сгорания пени РН ПЗУ располагается непосредственно на стартовом столе (см.
рис. 4.6, и), а лля двигателей верхних ступеней ПЗУ может укрепляться на заглушке сопла (см. Рис. 4.6, б). Вторая схема приведена на рис. 4.6, в. В отличие от предыдущей схемы здесь пирозапальное устройство представляется в виде специальной пирозапальной камеры, в которой размещается пиротехническнй заряд. Пироэапальные камеры располагаются непосредственно на камере и ЖГГ двигателя.
Обычно для надежности нх устанавливают по две-трн штуки. При запуске в обеих схемах после включения зажигания в камере сгорания и в ЖГГ образуется мощный факел из продуктов сгорания пиротехнического заряда. Этот факел легко воспламеняет смесь основных компонентов, поступающих через смесительную головку в камеру сгорания и ЖГГ. Пиротехническое зажигание работает вполне надежно. Основной его недостаток — однократность запуска, По этой схеме запускается много- камерная двигательная установка РН "Восток". Электроискровое зажигание используется главным образом при запуске кислородно-водородных двигателей.
Одна нз схем электроискрового зажигания представлена на рнс. 4.7. Здесь в центре смесительной головки находится гнездо, в котором располагается запальный блок. Есть также конструкции, при которых запальный блок устанавливается сбоку камеры сгорания и ЖГГ. Запальный блок представляет собой камеру, в которуючерез форсунки поступают газообразнью пусковые компоненты — кислород и водород. Пусковые порции компонентов поджигаются электроискровой свечой, установленной в камере пускового блока. Если подобрать определенное соотношение и расходы пусковых компонентов, можно получить достаточно мощный поток продуктов сгорания из запальной камеры.
Запальный факел надежно воспламеняет основные жидкие компоненты, поступающие через форсунки смесительной головки в камеру сгорания и ЖГГ. Злектроискровое зажигание используется в ряде двигателей, например, в двигатель ЯБМЕ американского ракетоплана "Спейс шаттл".
Недостатками электроискрового зажигания являются: необходимость иметь запас пусковых газообразных компонентов; мощное электропитание; ненадежная работа высоковольтной электросистемы в условиях вакуума, чувствительность электроискровых свечей к отказам в условиях недостаточно чистой "атмосферы" в запальной камере прн компонентах, кроме водорода и кислорода. Поэтому поиски и разработка новых принципов и схем зажигания несамовоспламеняющихся компонентов в ЖРД продолжаются. 4.4. ЗАХОЛАЖИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕД ЗАПУСКОМ При криогенных компонентах перед запуском двигателя основные трубопроводы и полости насосов предварительно должны быль охлаждены до температуры компонентов. Только после этого они могут быть заполнены криогенными компонентами в жидком состоянии, так как в случае отсутствия захолаживания порции криогенных компонентов при кон. такте со стенками более "теплой" конструкции будут перегреваться и газифицнроваться.
В результате полости трубопроводов и насосов будут заполнены парами компонентов. При раскрутке ТНА насосы закавитируют, "сорвут" и не будут качать компоненты. Кроме того, поступающий в камеру и ЖГГ пар (особенно если он будет поступать достаточно дяительное время) приведет к неорганизованному смешению, образованию взрывоопасных газовых и газожидких смесей, горению с неуправляемым изменением соотношения компонентов как в пространстве камеры, так и по времени.
Все это вместе взятое приведет, в лучшем случае, к пульсациям и значительным забросам давления, а в худшем случае — к взрыву камеры на запуске. Поэтому основные криогенные магистрали и полости насосов должны быть захоложены и залиты жидкими компонентами до главных клапанов. Остающаяся часть магистралей захолаживается путем поступления при запуске криогенного компонента: водорода в охлаждающий тракт камеры прн кислородно.водородном двигателе нли кислорода в полость форсуночной головки при кислородио-углеводородном двигателе. Схемы захолажнвания могут быть разными, они выбираются в зависимости от назначения двигателя и вида компонента. Главное при их выборе — они должны обеспечивать высокую эффективность и иметь минимальные потери компонентов.
На рис. 4.8, а показана схема захолаживання кислородно-углеводородного двигателя первой ступени РН. Здесь захолаживание осуществляется проливкой криогенным компонентом — килородом — входного трубопровода и полости насоса под воздействием гидростатического давления н давления наддува до тех пор, пока специальные датчики не зафиксируют слив жидкого компонента из дренажного клапана. Это наиболее простая схема захолаживания, Она достаточно распространена, особенно, если на стартовой позиции кислородный бак постоянно подпитывается жидким кислородом от наземных устройств, компенсируя потери. На рис. 4.8, б показана более сложная схема.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
