Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Средний удельный импульс указанной камеры достигает 2900 м/с. Зкономия массы гидразина в результате электроподогрева продуктов разложения состав- ляет примерно 20 кг. Четыре аналогичных ЖРД фирмы "Рокит рисеч" по 0,36 Н применяют ДУ ИСЗ СТЕ 'Т Стар", СТЕ "Спейснет" и АВС. Указанные ЖРД также обес- печивают суммарный импульс тяги до 311,5 кН с. Двигатели в составе ИСЗ работают только на режиме с постоянной тягой и используются для 164 поддержания ориентации ИСЗ север — юг. Такие ЖРД прошли проверку ИСЗ "Сатком"!К и Пк, на которых они наработали более 6,12 ° 10 с.
7готя на ИСЗ установлено четыре ЖРД с электроподогревом продуктов разложения, для каждого маневра используются только дна иэ них (два , ругих двигателя являются резервными) . Разрез ЖРД с электроподогревом продуктов разложения показан на рнс 8,10 В составе двигателя можно выделить следующие узлы: топливный клапан с электроподогревателем; камера разложения с газоотводяшей трубкой; злектроподогреватели пакета катализатора с тепловыми экра,ими; блок злектроподогревателя продуктов разложения; блок теплообменника с лУчистыми и тепловыми экРанами и монтажный Узел длЯ крепления указанных выше узлов и блоков, 6 11 15 15 14 Рнс.
8.10. Гндразшювмй жрдмт с электроподогревом продуктов раыюжчння: 1 — вход гидразина; 2 — струйный резистор; 3 — гндразнновый клапан; 4 — несущий тепловой экран; 5 — электроподогреватель продуктов разложення; 6 — несущая конструкцня; 7 — барьерная трубка; 8 — монтажная конструкння; 9 — тепловой экран; 1Π— внешний корпус теплообменннка; 11 — внутренннй корпус теплообменника; 12 — лучнстмй экран; 13 — днскн лучнсгого экрана; 14 — сопло; 15 — электронагревательный элемент; 16 — тепловой экран газогенератора; 17 — оаяный патрубок; 18 — газоотводяшая трубка; 19 — камера разнеженна газогенератора; 20— эяектроподогреватель пакета катализатора; 21 — форсуночная головка; 22 — тепловой шунт; 23 — деталь крепления клапана; 24 — электроподогреватель клапана; 25— термонэолндконная простенка 165 Пакет катализаторов указанных двигателей аналогичен пакету стан.
дартного гидразинового ЖРД тягой 0,89 Н (12 таких двигателей входят в ДУ этих же ИСЗ), разработанного для программы "Вояджер" и исполь. зуемого в настоящее время на всех ИСЗ фирмы КСА. Камера разложения имеет конический золоченый тепловой экран. Сопло заменено газоотводящей трубкой, подсоединенной к тепло. обменнику. Он состоит из двух концентрических цилиндрических секций с осевы. ми элементами, направляющими поток к коническому соплу. В централь ной исти теплообменника размещен злектроподогреватель продуктов разложения. Он снабжен лучистыми экранами для предотвращения тепло. вых потоков в осевом направлении.
Лучистые тепловые потоки от электро. нагревателя достигают внутренней секпли теплообменника. Продукты раэ. ложения, омывающие эту секцию, поглощают теплоту с соответствующим повышением их температуры, Теплообменник имеет ряд экранов, предот. вращающих утечки теплоты в окружающую среду. Указанные камеры в случае выхода из строя электродвигателя продук. тов разложения работают в режиме разложения гидразина в присутствии катализатора. Ресурс работы однокомпонентных ЖРДМТ очень большой, он снижает. ся лишь при использовании электронагревателей, которые имеют ограни.
ченный ресурс. Гидразиновые ЖРДМТ широко применяют в ДУ ориентации КА и ИСЗ. Такие двигатели обычно работают в режиме коротких по времени (до 7...10 мс) импульсов и поэтому процессы в камере и других узлах таких двигателей являются иестационарнымн. В качестве материалов камер однокомпонентных ЖРДМТ обычно выбирают жаропрочные сплавы, так как при этом материалы должны выдерживать высокую температуру и сложное воздействие газообразных продуктов (в частности, нитридов) разложения гидразина в течение дли.
тельного времени; например, камеру ЖРД ИСЗ "Интелсат 1У А" изготав. ливают из кобальтового сплава 1.605. Применяют также сплав "Хастеллой-В", коррозионностойкую сталь и другие материалы. Камеру ЖРДМТ КА, предназначенного для полета к внешним планетам Солнечной системы, намечено изготовить иэ алюми. ния, анодированного для уменьшения отражения солнечного излучения. Запас прочности при проектировании камер ЖРДМТ выбирают равным полтора, а разрушающее давление — вдвое больше максимального рабочего давления. Изготовление камер ЖРДМТ отличается относительной сложностью из-за малого диаметра минимального сечения сопла (0,8 мм н менее); в частности, достаточно сложно обеспечить с высокой точностью плавный переход от сужающейся части сопла к расширяющейся.
Вопросы для самопроверки 1 Чем отлнмются восстановительные ЖГГ двигателей от окислнтельпых? 2. Какие проблемы решиотся при разработке восстановлтгльнмх и окислвтель„ых жГГ двигатепеа? 3. Чем отлячаются по конструкции и распределенюо температуры по длине двухзм~ные и однотонные ЖГГ двигателей? 4. Назовите типы катализаторов, применамаых для разложения жлцких компо. веитов топливе.
5, Какие особенности характерны для конструкции головки камеры одиокомлоненгяых ЖРДМТ7 6. Чгм каталитнчсское разложение отличается от термического? ?,Какие трудности применения регенеративного охлюкценил характерна для камер ЖРДМТ7 8,Назовите достоинства и ограннчения прлмспенвя вбляциониого и лучистого охлнкдения камер ЖРДМТ. 9,перечислите особенности конструкции, характерные для камер ЖРДМТ с пленочным охлаждсвнем? 1О. Какие виды комбинированного охллицмпм прюмняют в камерах ЖРДМТ? 11. Назовите виды головок, применяемых в камерах ЖРДМТ. 12.
Какие характерные особенности можно привести дпя пькетов катализатора р жрдмт. 13.С какой целью применяется термоизсляция топливного клаппи от головки камеры ЖРДМТ и как она обеспечивается? 14. Чем ограничивается ресурс одиокомпснеыгных ЖРДМТ? 15. С какой цмъю применяесся злектроподогрев продуктов разложенвя ЖРДМТ н как он обеспечивается7 Глава 9 ПРОЧНОСТЬ КАМЕРЫ И ГАЗОГЕНЕРАТОРА 9.1. РЕЖИМЫ РАБОТЫ И НАГРУЗКИ Камера и газогенератор ЖРД представляют собой ~вяни-сварные конструкции, злементы которых подвержены воздействию механических и тепловых нагрузок, причем их конкретное сочетание, интенсивность и характер изменения во времени зависят от режима работы. При анализе прочности конструкции основными рассматриваются следующие режимы: гидроиспытания, рабочий режим, режим запуска и Режим осталова.
В зависиыости от изменения нагрузок, приложенных к камере и газогенератору, во времени их можно разделить на статические, квазистатические и динамические. Статические нагрузки практически не зависят от времени и соответствуют установившимся (стационарным) режимам работы двигателя, таким как рабочий режим и гидроиспытания. 167 Киазисгагические нагрузки изменяются по времени, однако существен ным для проведения конструкции является не скорость изменения таких нагрузок, а их интенсивность, поэтому в каждый отдельный промежуток времени их можно рассматривать как статические нагрузки.
Для динамических нагрузок существенным является не только их интенсивность, но и скорость изменения по времени. К их числу относятса быстропеременные нагрузки (например, гидравлический или тепловой удар) и периодические нагрузки (например, колебания давления газов в камере сгорания около его среднего значения). Динамические нагрузка имеют место как на режимах запуска и останова, так и на установившемся режиме двигателя, В связи с тем, что по силовым схемам и конструктивно-технологическому выполнению современные камеры и газогенераторы отличаются мало, для их прочностных расчетов используются одни и те же методики.
Поэтому в дальнейшем будем рассматривать вопросы прочности применительно к камере, имея при этом в виду, что сказанное можно в значительной мере отнести ик газогенератору. Рассмотрим особенности натруженна камеры на различных режимах ее работы, Рехвм гидроислыгаиий камеры осуществляется с целью технологического контроля качества изготовления (пайки и сварки) как секций камеры, так и камеры в целом.
При гидроиспьпаниях секции камеры (рис. 9.1, а) ее рабочая полость опрессовывается давлением жидкости р, которое превышает максимальное давление жидкости на рабочем режиме где р„— максимальное давление в камере сгорания на рабочем режиме; Ьрф — перепад давлений на форсунках; Ьрм ~ — гидравлические потери давления в межрубашечном тракте на рабочем режиме; и — коэффициент, Рс рис. 9Л.
Схемы негруженая камеры ири гиярооирессовке: а — гилроопрессовка секции; б — гилрооирессовка камеры !бв учитывающий неэквивалентность нагружения оболочек на режиме гидроопрессовки по сравнению с рабочим режимом (я э = 1,3 ...1,5), При гидроиспытаниях камеры в целом (см. Рис. 9.1, б) жидкостные и газовая полости камеры опрессовываются давлением жидкости на специальном стапеле. Герметизация полостей камеры осуществляется специальным грибком по некоторому сечению с радиусом г, . Это сечение выбирается таким образом, чтобы сила Р„, действующая на узлы крепления камеры, удовлетворяла равенствам: рг.о рг.о К РГ.О рг.о ср ' Р откуда г = ( ) э.
«р Режим гидроиспытаний характеризуется отсутствием нагрева деталей корпуса и головки камеры, а также постоянством давления опрессовки как по длине тракта, так и по времени испытаний, т.е. камера подвергается воздействию статических механических нагрузок. Для рабочего режима характерно сочетание механических нагрузок (давление газов, давление рабочих жидкостей, тяга) с высоким уровнем температурного воздействия на элементы конструкции камеры. При анализе прочности корпуса камеры выбираются параметры, соответствующие форсированному рабочему режиму, т.е.
учитывается форсирование как по давлению газов в камере сгорания р„, так и по температуре газов Г, Характер изменения по длине корпуса камеры статических нагрузок, таких как давление газов р,„давление охлаждающей жидкости в межрубашечном пространстве р, температура газов гг и средняя температура внутренней оболочки г ', показан на рис. 92. Со стороны рабочего пространства на оболочку действует давление газов, которое значительно меняется по длине камеры. Наибольшее давление имеет место в камере сгорания, где его значение может достигать нескольких десятков мегапаскалей. Далее по длине камеры давление падает, составляя в критическом сечении примерно половину давления в камере сгорания, а на выходе из сопла — от О,1 до 0,001 МПа. Давление охлаждающей жидкости р в межрубашечном пространстве во всех сечениях камеры больше давлениа газов.
Особенно большой перепад давлений Ьр ж = рж — р „имеет место в сечении сопла, где расположен подводящий коллектор, а его минимальное значение — в зоне сопряжения корпуса камеры с головкой. На рабочем режиме элементы камеры подвержены также интенсивному температурному воздействию со стороны газов. Особенно велика темпееоатура газов в конце камеры сгорания, где она составляет 3000...3500 С, и к срезу сопла ее значение уменьшается до 169 рве. 9.2. расвреяелевве нагрузок ве левее вемерм ве ревелем реюагю: 1 — полость первого компоненте; П вЂ” полость второго комповевга 1300...1800 'С. Температура внутренней оболочки корпуса, соприкасающейся с глзамн, вследствие внутреннего охлаждения и теплопередачн в охлюкдающую жидкость оказывается значительно меньшей, чем температура газов, тем ие менее она настолько велика, особенно в районе критического сечения камеры, что резко снижает механические свойства материала оболочки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
