Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Гелий подается через магистрали наддува и редукторы давления в каждый бак. С помощью такой системы легко обеспечить высокую точность поддержания давления наддува баков. Наддув топливных баков гелием использовался в ДУ экспериментального самолета Х-15 и применяется в настоящее время во второй ступени РН "Ариан", ракетной ступени "Центавр" и кислородного бака второй ступени японской РН Н-1. В ДУ более ранних разработок использовался напдув баков окисли. теля и горючего (или только бака горючего, как в первой ступени РН "Сатурн-1") газообразным азотом, хранящимся в баллоне.
Однако выигрыш в массе залитой и сухой ДУ обеспечивает наддув горячим газом. В некоторых кислородно-водородных ЖРД (3-2, БИМЕ, ЬЕ-5 и др.) для наддува бака жидкого водорода используется отбор нагретого газообразного водорода нз того места в охлаждающем тракте камеры, где он имеет необходимые значения температуры и давления. В ЖРД 1-2 третьей ступени РН "Сатурн-5" для наддува бака используется часть водорода, отбираемого из охлаящающего тракта для перезарядки пускового баллона, причем эта часть используется при пониженном давлении. Давление наддува водородного бака основной ДУ МТКК "Спейс шаттл" составляет 0,27 ...
0,28 МПа. В системах наддува широко применяют теплообменннки. Их обычно устанавливают на линии отработанного турбинного газа (после турбины), В ЖРД с дожиганием теплообменннк размещают в газоводе, В ЖРД 88МЕ он размещается на выходе из турбины кислородного ТНА, при этом теплообменник жидкого кислорода контактирует с турбинным газом, имеющим избыток горючего, поэтому любая негерметичность теплообменника может привести к катастрофическим последствиям.
Указанный теплообменник представляет собой сложный сварной узел и расположен в таком месте, где его дефектоскопия затруднительна, Поэтому надежности такого теплообменника должно быть уделено особое внимание. Расход подогретого кислорода, поступающего в кислородный бак основной ДУ МТКК "Спейс шаттл", регулируется с помощью редуктора давления,расположенного в баке.
Давление наддува указанного кислородного бака равно 0,137 ... 0,147 МПа. Давление наддува в обоих баках основной ДУ МТКК "Спейс шаттл" перед стартом (до начала работы бортовой системы наддува) обеспечивается гелием от наземного источника. В ЖРД без дожигания теплообменник размещается непосредственно в выхлопном коллекторе турбины (в двигателях РД-107.и РД-108) или в выхлопном патрубке турбины (ЖРД Р-1 и Н-1 н др.).
Теплообменннк двигателя РД-119 для надцува кислородного бака размещался между выхлопным коллектором турбины и трубопроводом рулевых сопел. В теплообменннк может подаваться гелий нз специального баллона; баллон может размещаться не только вне топливных баков, но и внутри бака с криогенным компонентом топлива. Например, бак горючего первой стуценн РН "Сатурн-5" наддувался гелием нз баллонов, прикрепленных к шпангоутам внутри кислородного бака. Чаще в теплообменник подается небольшая часть основного компо. пента топлива нз магистрали за главным клапаном. Таким компонентом может быть любой крногенньгй компонент топлива, а также четырехокнсь азота.
Теплообменннк (испаритель) двигателя РД-119 (рис, 13.4) для наддува кислородного бака состоит нз сварных между собой корпуса 1, двух змеевиков 4 н 5, входного штуцера 6, выходного штуцера 3 и фланца 2. Корпус 1 представляет собой тонкостенную оболочку. сваренную нз двух штампованных половин. Со стороны входа обработанного турбинного газа корпус имеет отбортовку, к которой приваривается фланец 2, служащий для ю подсоединения теплообменника к выхлопному коллектору турбины. С другой Я стороны корпуса имеется отбортовка для приварки трубопровода рулевой системы. На корпусе имеются две штамповки с отверстиями, в которые вставляются и привариваются Ф входной штуцер б и выходной штуцер 3.
Внутри корпуса имеются два змеевика 4 и 5, вставленные один в 5 Рис. 13.4. Теююобмсииик (нспаритель) двига- тели РД-1 19л 1 — корпус; 2 — фланеп; 3 — выходной шту- цер; 4, 5 — змеевики; 6 — входной штудер; 7 — отбортовка длл приварки трубопровода рулевой системы другой. Жидкий кислород подается в змеевики через входной штуцер в котором устанавливается жнклер, обеспечивающий заданный расход (0,17 кг/с). Зазор межпу нитками каждого из змеевиков обеспечивается обвязкой их проволокой в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, Все детали теплообменника выполнены из коррозионноютойкой стали Фланцем 2 теплообменник подсоединяется к выхлопному коллектору турбины. Проходя по змеевику, жидкий кислород испаряется и затем в газообразном состоянии подогревается отработанным турбинным газом, посту.
паюпшм из выхлопного коллектора турбины, до требуемой температуры (450 ... 550 К), после чего отводится через выходной штуцер для налдуаа кислородного бака. Для разобщения змеевиков теплообменника и магистрали окислителя до запуска двигателя в трубопроводе, подводящем кислород к нему, имеется обратный клапан. При раскрутке ротора ТНА окислитель своим давлением преодолевает силу сжатия пружины и давление предстартового надду. ва и открывает обратный клапан. Для наддува топливных баков ДУ первой ступени РН "Титан-2" но пользуется теплообменннк, в который поступает отработанный турбинный газ и, отдавая свою теплоту четырехокиси азота (она отбирается за насосом ТНА), охлаждается и поступает в бак горючего (азроэин-50).
В свою очередь, образовавшиеся газообразные продукты четырехокиси азота идут на наддув бака окислителя (ХтОч). Наддув топливных баков наиболее целесообразно осуществлять без использования вспомогательного рабочего тела, так как для него нужен свой бак (для жидкого рабочего тела) или баллон (для газа) и соответствующая система. Наличие вспомогательного рабочего тела в составе ДУ усложняет ее заправку и эксплуатацию. Однако в ДУ ранней разработки для наддува топливных баков использовалась система с баком жидкого азота и теллообменннком. Для наддува всех баков (окислителя, горючего, перекиси водорода и жидкого азота) первой и второй ступеней РН "Восток и "Союз" исполь зован газообразный азот.
образующийся в теплообменннке, размещенном как уже отмечалось, непосредственно в выхлопном коллекторе турбины. Жидкий азот подается нз специального бака вспомогательным насосом, входящим в состав ТНА. Для наддува керосинового бака ракеты "Блю Стрик" применяли газообразный азот, полученный путем испарения жидкого азота в теплообменннке, расположенном в выхлопном патрубке ТНА одного иэ двух ЖРД ДУ. Бак жидкого кислорода этой ракеты наддувался до давления 0,179 МПа газообразным кислородом. Он образовывался в теплообменнике, размещенном в выхлопном патрубке второго ЖРД.
Для этого отбирался жидкий кислород от трубопровода ЖГГ через жиклер, обеспечивающий расход 1кг/с. Газообразный кислород при температуре примерно 455 К направ. Ряс. 1Злц Смесятель яяятателя Рд-119: 1 — корпус; 2 — кронштейн; 3 — конус; 4 — штуцер лялся по газопроводу с расширительными снльфонами к верхней части бака. Если в ЖРД основной ЖГГ является восстановительным, то роль агрегата наддува бака горючего может играть смеситель.
Смеситель двигателя РД-119 (рис. 13.5) представляет собой цельносварной узел, изготовленный нз коррозионно-стойкой стали. Смеситель состоит из корпуса 1 с приваренными к нему конусом 3, кронштейном 2 и штуцером 4. Штуцер 4 приварен к корпусу под углом 45', В корпусе в месте приварки штуцера просверлено (также под углом 45') отверстие, через которое вводится во внутреннюю полость смесителя горючее. Газ из однокомпонентного ЖГГ подводится через конус 3.
Образовавшийся газ отводится через штуцер корпуса на наддув бака горючего (НДМГ) . Баки первой ступени РН '"Ариан" наддуваются продуктами сгорания, отобранными из ЖГГ всех четырех ЖРД ступени; температура продуктов сгорания, поступающих в баки, равна 675 К, а их давление — 0,4 МПа. Для наддува топливных баков применяют также ЖГГ: окислительные — для наддува бака окислителя и восстановительные — для наддува баков горючего. ЖГГ наддува могут устанавливаться непосредственно на верхних днищах баков, при атом от двигателя к ним должен подводиться соответствующий (относительно малый) расход основных компонентов, Если ЖГГ входят в состав ЖРД„то газы наддува, вмрабатываемые в них, по теплоизолированным трубопроводам подводятся к верхней части баков, В последнем случае масса трубопроводов наддува получается большей.
При вводе горячих продуктов сгорания в газовую полость бака неоГь ходимо исключить турбулизацшо поверхности компонента топлива, что обеспечивается соответствующей конструкцией узлов ввода газа наддува в бак. 349 Вопросы для еамохроверкв 1. Какие значение начального пявления выбираются прн проектировании газо. вых баллонов ЖРД? 2. Наюввте материалы, которые првменяютея яяя изготовления газовых бюзлонов ЖРЖ 3.
Какие факторм должны учптывшъся прв выборе вида вытесввющего газа? 4. Какие вины вытесняющего газа применяются в ЖРД? 5. Назовите требования, которые предьявляются к разделительным устройствам б. В чем состоят трудности разработки поршневых разделителей? 7. Какова конструкция спльфокных разделителей? 8.
Кваше материалы применяются дяя разделителей, выполненных в виде элытпчных мешков? 9. Из каких материалов изготавливают диафрагму пнафрагменных рэзпелитепей? 10. На каком принципе работают капнллярно-заборные устройства? 11. Из каких основных элементов конструкции состоит капнллярно-эаборное устройство". 12. Как можно обеслншть иадпув топливных баков с яаюльэовавием основных комюзикпов топлива? 13. Где размацается теплообменник для испарения и подогрева газа, нспользуь мого лля каплуна бака? 14. Где могут размещаться ЖГГ дяв пщцува баков? Глава 14 КОМПОНОВКАДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ЖРД И ИХ УЗЛЫ ОБЩЕЙ СБОРКИ 14.1, КОМПОНОВКА ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ЖРД Общая характеристика компоновки ЖРД и ДУ. Компоновкой ЖРД и ДУ в целом называют целесообразное взаимное расположение нх узлов и агрегатов относительно друг друга, Компоновку выполняют таким образом, чтобы удовлетворялнсь следующие требования: 1) наибольшая простота ДУ; в частности, число систем, агрегатов и узлов, входящих в состав ДУ, должно быть наименьшим; 2) наименьшие габаритные размеры и масса ДУ; 3) достаточная статическая и динамическая прочность ЖРД и ДУ в целом; 4) наименьшая длина трубопроводов между узлами и агрегатами; в этом случае уменьшается гидравлическое сопротивление трубопроводов, а также их масса.
Поэтому желательно соединять узлы и агрегаты друг с другом непосредственно, без трубопроводов, а при возможности размещать один узел (агрегат) внутри другого. Например, дроссель ЖРД 1-2, регулирующий соотношение компонентов топлива, располагается в выходном патрубке насоса жидкого кислорода. 350 х а 3 й о х о ° С ( \~ о й Е ый о ~ Я< ЯЖ ! СЧ Ф ~е", ~р1 о эх Ж .Ко о< х й~ Р Л а ЖГГ должен располагаться возможно ближе к турбине ТНА, особенно зто относится к ЖРД с дожиганием, так как соответствующий трубопровод (газовод) испытывает большие нагрузки иэ.за высоких значений давления и температуры генераторного газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
