Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 33
Текст из файла (страница 33)
В камерах ЖРДМТ применяют как центробежные, так и струйные форсунки. В камерах ЖРД тягой 10 и 400 Н ИСЗ "Симфония" и КА "Галилей" использована смесительная головка с одной двухкомпонентной центробежной форсункой, при этом в камере создается соосная вращающаяся струя компонентов топлива, обеспечивающая конический распыл капель.
Форсунка обеспечивает также внутреннее охлаждение стенок камеры путем создания избытка окислителя в прнстеночном слое продуктов сгорания. В камере ЖРДМТ В-1 Е-3 (вспомогательный двигатель ДУ реактивной системы управления МТКК "Спейс шаттл") использована одна двухкомпонентная форсунка со сталкивающимися струями окислителя и горючего, Коллектор головки имеет небольшой объем, что обеспечивает: 1) быстрое заполнение и опорожнение коллектора; 2) сведение к минимуму изменения характеристик двигателя вследствие насьпцения компонентов топлива вытесняющим гелием и 3) устраняет большие забросы давления в камере при воспламенении топлива в процессе запуска.
При неизменном давлении в топливных баках и, следовательно, на входе в смесительную головку лля изменения тяги камеры ЖРД применяют головку с изменяемой площадью впрыска компонентов топлива. Легче всего это обеспечить, если смесительная головка представляет собой единственную двухкомпонентную форсунку, подвижный элемент которой (например, втулка, перемещающаяся по оси головки) одновременно изменяет проходные сечения впрыска для обоих компонентов топлива. В этом случае в заданном диапазоне изменения тяги перепад давлений на форсунках можно сохранять практически неизменным, что важно для обеспечения качества распыла компонентов топлива и устойчивости работы камеры. С уменьшением расхода компонентов топлива давление в ка- 152 мере и, следовательно, полнота сгорания топлива снижаются.
Такую головку применяли в камере посадочного ЖРД лунной ступени КК "Аполлон"; этот двигатель обеспечивал уменьшение тяги в 10 раз по сравнению с тягой при работе на номинальном режиме, В двигателях К8-2101С КА "Викинг-75" и К-40-11 использованы струйные форсунки со сталкивающимися струями окислителя и горючего. Форсунки размещаются на единственной окружности, имеющей средний радиус между центром и стенкой камеры сгорания. При работе ЖРДМТ температура головки камеры должна быть такой, чтобы исключалась возможность вскипания компонентов топлива в ее полости. Для этого между головкой и камерой сгорания часто устанавливают тонкостенную цилиндрическую перфорированную термоизоляционную проставку.
Уменьшение теплового потока в головку и одновременно увеличение полноты сгорания топлива обеспечивается при изготовлении смесительной головки из пластины, в которой вытравливают многочисленные топливные каналы, обеспечивающие ее пористое охлаждение, и которая обусловливает равномерность и точность поступления компонентов топлива в камеру сгорания. Головку некоторых камер ЖРДМТ изготавливали из алюминиевых сплавов. Такой материал использовали, в частности, в головке камеры вспомогательных двигателей МА-109 КК "Аполлон" тягой 450 Н.
В головке камеры двигателя КБ-2101 применяли алюминиевый сплав 2219-Т6. Так как камеру сгорания этого двигателя изготавливали из бериллия, то между головкой и камерой сгорания было поставлено Ч образное уплотнительное кольцо, покрытое слоем золота, и кольцо из антона. Головку камеры двигателя К-40 изготавливают из стали и алюминиевого сплава, головку камеры ЖРД тягой 10 н 400 Н ИСЗ "Симфония" и КА *'Галилей" — из коррозионно стойкой стали, а в двигателях К $0-11 н К-1Е-3 — из титанового сплава.
В целях упрочнения при повышенных температурах применяли обмотку алюминиевого фланца, соединяющего головку с камерой сгорания, стеклотканью с пропиткой фенольной смолой. Однако чаще всего головку соединяют с камерой сгорания сваркой (если стыкуемые стенки изготовлены из свариваемых материалов) . В камерах сгорания и соплах камер ЖРДМТ К 40А, К.40-11, К-1Е-З, к.6С и К-6В использованы сварные швы. В камерах ЖРД тягой 10 и 400 Н ИСЗ "Симфония" все соединения выполнены электронно-лучевой сваркой, обеспечивающей высокую герметичность стыков.
Камеры двухкомпонентных ЖРД прн непрерывном режиме работы на топливе На Оч и ММГ при Г; = 40...150 и тяге Р„= 2,2,.445 Н обеспечивают Удельный импУльс 1„л = 2735 ...2825 м/с (табл. 8.2) . ПРи ЯмпУльсном режиме ЖРДМТ удельйый импульс нюке, причем чем меньше время импульса тяги, тем ниже удельный импульс. Время импульса тяги определяется временем подачи напряжения на топливные клапаны (электрогидроклапаны), устанавливаемые на головке камеры, которое называют 153 та щвг Характеристики некоторых двухкомпоиентыых ЖРДМТ Характеристика ЖРДМТ 8-40-11 К-!Е-3 В-6С К-6В "Маркварцт" ИСЗ "Инсат-1" "Маркварцт" ИСЗ "Инсат-1", "Лисат" Апогейный Фирма.разработчик Где прим еняекя Вспомога- телыщ й дви- гатель ДУ РСУ МТКК "Спейс шагщ" Н,О, н ММГ, азрозин-50 иН,Н, 110 65...155 Назначение двигателя Нз Оч н ММГ Н,О,+Н,Н, Топливо 22 10...35 22 1,3...4л 445 270...900 1,65 з 0,05 150 2760 1,65 з 0.05 40 2760 1.65 з 0,05 100 2825 1,65 з 0,05 100 2735 2350 1860 1860 1860 5 10' 125 10' 13Д 10 2,5 '10' 2,5 '10' 5 '10ч 1'10* 2'1О' 1 ' 10' 8,9 ° 101 222 22,2 0,018 0,09 1,7 1,70 1,52 152 1,52 294 294 294 294 277 311 266...318 266...318 266,.318 1473 1473 1313 1563 10 17 1О Номинальная тяга, Н Диапазон изменения тяги, Н ~т нем ~а /ул при непрерывном рекнме.
м/с /у „при кретковременйом цикле работы, м/с Общее число циклов работы Суммарное время работы, с Суммарный импульс тяги, кНс Минимальное время импульса тяга, мс Номинальное давление поступнощих компонщтов топлива, МПа Допустимый диапазон давления поступающих компонентов, МПа Номинальная темпо ратура поступампщх компонентов топлива, К Допустимый днмнзон температуры поступив. щих компонентов топ.
лина. К Максимальная тпчпература камеры сгорания, К Время набора 90% номинальной тати при запуске, мс 154 1,10...1,73 1,21...1,82 1,10...1,73 1,10...1,73 Продолжекие вэба. 8.2 Характеристика жрдмт жомт К-40-11 К-1Е-3 К-6С К-6В 10 Время снижения до 10% поминальноя тяги при выключении, мс Максимальная температура крепакиого фланца, К диаметр крепежного фланца, мм диаметр выходного сечения сопла, мм Линна даигатеая, м м Масса сухого двигателя, кг Срок эксплуатации, годы 12 10 450 450 450 450 130 100 83б 279 66 53,3 560 3,2 230 1,6 244 0,52 0,5 10 10 1О 10 шириной электрического импульса. Прн г,„;„= 6...20 мс удельный импульс ЖРДМТ обычно равен 1860...2350 м/с. Достаточно высокий удельный импульс двигателя К-1Е-3 (2350 м/с) при ширине электрического импульса 40 мс обусловлен небольшим объемом внутренней полости смесительной головки.
Секундный расход компонентов топлива имеет чрезвычайно низкие значения. Например, в ЖРД КбВ расходы окислителя и горючего составляют всего 0,5 и 0,3 г/с соответственно. Конструкция камер ЖРДМТ зависит от метода охлаждения. Используют регенеративное, абляционное, внутреннее (пленочное), лучистое и комбинированное охлаждение. Наиболее эффективным является регелерагивлое охлаждение, но его реализация в камерах ЖРДМТ весьма затруднительна; при малой тяге и малых давлениях в камере соотношение поверхностной плотности теплового потока и поверхности камеры обусловливает высокую температуру охладителя; к тому же из.за малого расхода охладителя его скорость в охлаждающих каналах оказывается недостаточной для охлаждения стенок камеры.
В результате температура стенок камеры и охладнтеля может возрастать до недопустимых значений, происходят разложение или пленочное кипение охладителя и другие недопустимые явления. В частности, гццразнн н горючие на его основе имеют ограничение по температуре во всем объеме из-за возможного разложения. Камеры с регенеративным охлаждением имеют ограниченную работоспособность на переменной тяге, в частности на самовоспламеняющихся топливах длительного хранения. Камера ЖРДМТ КА "Маринер-9" имела толстостенную камеру сгора- 155 ния из бериллия с высокой теплопроводностью с внешним проточным охлаждением.
Абляционное охлаждение камер ЖРДМТ обеспечивает простоту их конструкции и минимальный тепловой поток в окрухргющую среду, но камеры с абляционным охлаждением имеют большую массу по сравнению с камерами, имеющими лучистое охлаждение (из-за достаточно толстого слоя абляционного материала) .
Масса камеры с абляциониым охлаждением возрастает по закону квадратного корня иэ времени ее работы. При большом времени работы масса таких камер может стать чрезмерной. Абляционное охлаждение применяли в ряде ЖРД КК "Аполлон" (во взлетном ЖРД лунной ступени, тормозных ЖРД, включающихся при подлете к Земле, и др.), применяют в камере сгорания и сопле основного ЖРД (рис. 8.7) и восьми ЖРД ориентации ступени разделения головных частей МБР М-Х, причем камеру изготавливают из монолитной бернллневой ваго. товки; на внутреннюю поверхность камеры сгорания и сопла наносят слой абляционного материала, причем на сопле последний имеет низкую плотность, Берштлий отличается прочностью и долговечностью, а также не Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
