Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 31
Текст из файла (страница 31)
ных материалов для указанных газогенераторов требует особого внимания; необходимы специальные исследования совместимости конструкционных материалов с продуктами сгорания с нзбьпком кислорода с целью выбора материалов, стойких к воздействию указанных продуктов при высоких, значениях их давления и скорости.
В 1981 г. Пентром им. Льюиса получены положительные результаты при исследовании возможностей работы ЖГГ с избытком кислорода для топлив (Оз)ж+ (Нз)ж и (Оз)ж+ КР-1. ЖГГ ЖРД без дожигания. Такие ГГ работают в более благоприятных условиях, чем ЖГГ двигателей с дожиганием. В составе двигателей без дожигания ЖГГ обеспечивает привод как общего ТНА, так и одно. временно ТНА окислителя и ТНА горючего (рис.
8.3) . Последний вариант применен в ЖРД 1-2, НМ 60 н ЬЕ-5. Например, в ЖРД ЬЕ-5 генераторный газ сначала поступает на турбину жидкого водорода (842 К), а затем на тур. бину ТНА жидкого кислорода (693 К) . В распылнтельных головках ЖГГ двигателей без дожигания часто применяют струйные (в том числе соосные двухкомпонентные) форсунки. Находят применение форсунки со сталкивающимися струями жидких компонентов топлива (двигатель НМ60), двухкомпонентные соосные форсункн по типу форсунок ГГ двигателя ЗБМЕ (ЖРД ЬЕ-5)и др. Головка ЖГГ двигателя НМ-7 состоит из центральной трехструйной кислородной форсунки, окруженной двенадцатью отверстиями, через которые впрыскивается жидкий водород.
Водород ударяется в кольцо н смеши- лыс флаяцы 144 Нидлос елрглегс Айллли итгл 4Д лается с кислородом, Такая головка обеспечивает высокую однородность емлературного поля на входе в турбину. Четыре основные трехструйные форсунки (сталкиваются две струи орючего и одна струя окислителя) применялись в ЖГГ двигателя 1.К 81.ВА 13 (8247) ракетной ступени "Аджена". В указанном ЖГГ для пле„очного охлаждения использовались восемь духструйных форсунок. В головке ЖГГ двигателя Е-1 пять форсунок окислителя и пять форсунок горючего располагались по концентрическим окружностям; дополнительно через периферийные форсунки подавалось горючее для внутреннего охлаждения.
Регенеративное охлаждение горючим в дополнение к внутреннему охлаждению использовалось в ЖГГ двигателя Е-1, поэтому камера указанного ЖГГ (она имела полусферическую форму) имела двойные стенки. В ЖГГ двигателя РЛ-216 использовалась головка с сотовым располо- жением шнековых форсунок (рис. 8.4). Стенки ЖГГ охлаждаются завесой горючего, На распределение соотношения компонентов топлива ло поперечному сечению ЖГГ оказывают влияние магистрали, подводящие компоненты к ЖГГ, при этом могут появляться зоны с повышенной ю~и пониженной температурой газа. Поэтому проводят специальные проливки ЖГГ со штатными подводящими магистралями и при необходимости вносят соответствующие изменения в конструкцию. Обеспечение надежного и эффективного горения с большим избьпком одного из компонентов топлива является достаточно трудной задачей. Для ее решения в некоторых ЖГГ избыточный компонент распределяют между смесительной головкой и дополнительным поясом форсунок- распылителей, при этом в ЖГГ образуются две зоны горения: с высокой н пониженной температурой; такие газогенераторы называют длухзонными в отличие от всех рассмотренных выше ЖГГ, которые являются однозолными газогенераторами.
Примером двухзонного ЖГГ является газогенератор двигателя КХ-2. Специфичным является ЖГГ елигл е двигателей "Викинг-5" и "Викинг-4"; фактически он работает на трех компонентах; 1чт04, НЛМГ и воде. Расход воды составляет примерно 1,5 % расхода компонентов топлива в ЖГГ. Вода используется дпя охлаждения ЖГГ и разбавления его продук- Рве. 8.4.
Смесвтельная головка ЖГГ двн- гателл РД-216: 1 — сгруано-центробежные форсунка; 2, 3 — лентробежные форсунка 145 тов сгорания, образующихся при сжигании небольшой доли компонентов топлива с К,„ж К,„, „. Для подачи воды в составе ТНА укаэанных двл. гателей имеется специальный насос. Первый ЖГГ такого чина был разрабо. тан в Газолшюмической лаборатории еще в 1935...1936 гг. В ЖГГ двигателей без дожигания используются как пиротехническав (такой воспламеннтель устанавливается в центре головки ЖГГ двигате.
ля НМ.60), так и зпектроискровые воспламенители. Например, в газе. генераторах двигателей Р-1 и 1-2 вмонтированы по две запальные свечи. Обычно выходное сечение ЖГГ перпендикулярно к их оси, но в ЖГГ двигателя 1.Е-5 отвод генераторного газа осуществляется иэ двух патруб. ков под углом 90' к оси ЖГГ. Восстановительные ЖГГ, имеющие регенеративное охлаждение, изготовляют из коррозионно стойких сталей. Для ЖГГ без регенеративного охлаждения необходимо использовать жаропрочные сплавы: например, для ЖГГ двигателя 1.Е-5 применен сплав "Хастеллой" С-276.
Однокомпонентные ЖГГ. Конструкция, процессы и ряд параметров (в особенности, температура продуктов разложения) в однокомпонент. ных ЖГГ и камерах однокомпонентных двигателей во многом аналогичны, / но ЖГГ отли лютея заметно большими значениями давления и расхода продуктов разложения. Особенно это относилось бы к ЖГГ двигателей с дожиганием, но в них однокомпонентные ЖГГ обычно не применяют.
В современных двигателях без дожигания однокомпонентные ЖГГ практически не применяют. Но в двигателях, созданных в 1940...1960 гг., широко применяли однокомпонентные ЖГГ, в которых разлагалась перекись водорода с концентрацией 80 % и более. Такие ЖГГ, вырабатывающие смесь водяного пара и газообразного кислорода, называли ляролтзогелераторами (ПГГ). В них применяли кагалигическое разложение, осуществляемое соприкосновением жидкого компонента с пакетом твердого катализатора„размещаемым непосредственно в газогенераторе.
Катализатором называют вещество, ускоряющее химическую реакцию (в рассматриваемом случае реакцию разложения компонента на газообразные продукты с вьщеленнем теплоты) и не претерпевающее при этом химических изменений. Каталитическому разложению подвергаются ограниченное число основных компонентов топлива (в основном перекись водорода, гидразин и НДМГ) .
Различают гранульные и сетчатые катализаторы. Гралульные катализатры представляют собой зерна твердой основы- носителя, который должен обладать возможно большей пористостью и стойкостью к температурным ударам и эрозии. Для разложения перекиси водорода в гранульных катализаторах использовали окислы и соли железа и двуокись марганца. ЖГГ с гранульным катализатором применены в двигателях РД-107, РД-108 и РД-214. В ЖГГ двигателей РД-107 и РД-108 (рис. 8.5) 82 %«ая перекись водорода подается специальным насосом в полость между двумя пакетами катализатора. Проходя через них, перекись водорода разла- Рис. 8.5. Гюотенератор ЖРД РД-107 и РД-108: 1 — штуцер длп ввода перекиси водорода; 2 — пакет катализатора; 3 — выходные патрубки гается на газообразную смесь с давлением 5,4 МПа и температурой 830 К (расход 8,8 кг/с); указанная смесь поступает на турбину по двум патрубкам.
Как корпус ЖГГ, так и оба патрубка имеют термоизоляцию для сведения к минимуму потерь теплоты в окружающую среду. ПГГ РД-214 аналогичен указанному газогенератору. Сетчатые катализаторы, отличающиеся больщим ресурсом, выполняют в виде компактного спрессованного блока из нескольких десятков сеток, причем сетки иэ активного материала размещаются между сетками из коррозионпоютойкой стали.
Активным материалом для разложения перекиси водорода служат латунь, никель и серебро; последнее наносится в виде слоя па коррозиоппо стойкую сталь. В качестве примеров ЖГГ, работающих па перекиси водорода с сетчатым катализатором, можно указать на ЖГГ двигателя 'Тамма Мк 304", топливо — 85 %-ная Н,Оз и керосин (пакет этого газогенератора состоял из 70 никелевых сеток, покрытых серебром), и иа ЖГГ двигателя ЬК-99- кМ-1 экспериментального самолета Х-15, топливо — 90 %-ная НзОз и ННз (пакет катализатора представлял собой 35 стальных сеток, покрытых серебром и размещенных между 36-ю сетками из коррозиоиностойкой стали; температура продуктов разложения примерно 875 К; ресурс 1ч). Температура продуктов разложения перекиси водорода возрастает с Увеличением концентрации перекиси водорода и при 80...90 %-ной концентрации составляет 720...1030 К.
Термическим назьвают разложение жидкого компонента, при котором каждая новая порция жидкого компонента разлагается теплотой, выделив- 147 шейся при разложении предыдущих порций. В конструкции ЖГГ с тер. мическим разложением используют соответствующий способ разогрева первых порций жидкого компонента, обеспечивающих начало разложения компонента, и тепловой аккумулятор, поддерживающий начавшееся раз. ложение.
В ЖГГ двигателя РД-119, который рассмотрен ниже, укаэанный разо. грев осуществляется при запуске газамн, образующимися при сгорании порохового заряда и используемыми дпя раскрутки ротора ТНА, а теп ловым аккумулятором являются куски сварочного угля, постоянно подогреваемые теплотой, выделяемой при разложении НДМГ. В качестве примера однокомпонентного ЖГГ с термическим разложением рассмотрим ЖГГ двигателя РД-119 (рис. 8.6) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
