Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 9
Текст из файла (страница 9)
2.3.СХЕМЫ ЖРЛ С НАСОСНОЙ ПОДАЧЕЙ галла Лгд рис. 2.6. Газодннамические контуры камер сгорания двигателей с одннаковымн значениями тяг в пустоте и давления в срезе, но разнымн давлениями в ка- мере сгорания Огглпа 38 Основные особенности схем. В схемах ЖРД с насосной подачей компоненты топлива подаются из баков в камеру центробежными насосами, приводимыми во вращение турбиной, которые вместе составляют ТНА.
Привод турбины осуществляется рабочим телом — генераторным газом. В большинстве случаев генераторный газ вырабатываетси в специальной камере — ЖГГ, входящем в состав двигателя. Основной особенностью всех схем с турбонасосной подачей компонентов топлива является то, что топливные баки во время работы двигателя находятся лишь под небольшим избыточным давлением наддува, необходимым для обеспечения бескавнтационной работы насосов и не зависящим от значения давления в камере сгорания. Благодаря этому массовые характеристики баков и систем наддува практически также не зависят от давления в камере. Вместе с тем стремление повышать давление в камере сгорания вполне обосновано. Рост рк, с одной стороны, позволяет увеличивать эконо. мичность двигатеяя, т.е.
повыцить удельный импульс путем увеличения степени расширения газов в сопле р„/рл; причем для двигателей первой ступени РН увеличение рк — единственный способ повышения рк/р„тазе как давление на срезе сопла рл ограничено средним по траектории атмосферным давлением и выбирается примерно равнымр„= (0,4...0,6) 10' Па. С другой стороны, с ростом рк уменьшаются продольные и поперечные размеры двигателя. На рис.
2.6 представлены контуры двух двигателей с одинаковыми тягой и давлением на срезе, но с разным рк. Как видно, контур двигателя с большим рк и, естественно, большей степенью расширения рк/рл полностью вписывается в контур двигателя с меньшим рк и меньшей степенью расширения. Это обстоятельство приводит к тому, что рост рк практически не сказывается на удель- Ряс.
2.7. Зависимость уасаьаоа массы "сухого" лаягатеаю От тяги и 5ПП 1ППП 15В 1 тппп аппп пппп пс пн ной массе двигателя. Последняя в основном зависит от тяги, давления на ул срезе сопла и вида компонентов топлива. Примерная зависимость 1л д = = 1лд /Ро приведена на рис. 2.7. Таким образом, при насосной подаче с повышенным р„массовые характеристики ЛА в отличие от ЛА с двигателями с вытеснвтельной подачей ухудшаться на будут. Тем' не менее ограничения на выбор значения целесообразного давления в камере сгорания имеют место и при насосной подаче.
Однако здесь в отличие от вьпеснительной подачи ограничения вызываются другими специфическими обстоятельствами, определяемыми видом насосной схемы подачи, разновидностей которых очень мною. На рис. 23 приведена общая классификация ЖРД с насосными системами подачи топлива. Кроме приведенных на рис. 23 особенностей — признаков классификации различных насосных схем двигателей — последние классифицируются еше и по другим признакам, например по виду генераторного газа (окислительный илн восстановительный), охлаждающему компоненту (окислитель нли горючее нли используются оба компонента), числу камер и тд. Последний признак — число камер — имеет большое значение.
В этом отношении двигатели классифицируются на однокамерные, много- камерные и блочные многокамерные. Многокамерные отличаются тем, что имеют один ТНА, от которого питаются все камеры. Причем камеры могут иметь разную тягу. Блочные многокамерные состоят из нескольких автономных одно- или многокамерных двигателей, обаединенных общей рамой и системой управления, Наконец, имеются однокамерныс двигатели, но с двумя ТНА — ТНА подачи окислителя и ТНА подачи горючего; есть двигатели, которые кроме ос"овного ТНА. имеют еще дополнительный — вспомогательный нли бус- терный ТНА.
39 й//ин ТРА //они не/тол ///л //салонности //тгла- 13а ог райтФа/таге генгра торного газа ,гон/отели с тараанасасм/и аоаанеи '! . и ° Ф. ° ° ° ° ° 3, ' 1 Ф ° ° ' 3 °, '3 3 ° Ф Ф 1 3 ° 1 ° ° ° ° Ф . ° Ф 1 Ф ! ° 3 ° ° 1 ° 3 1 ° ° Ф 1 ° ° ° 1 ° ° 1 1 ° Ф 1 ° ° 1 ° ! ° 1., $ Ф ° ° 3 1 ° ° 1 ° ° *., ° ° ° 1 1 Ф 1 ° ° ° ° ° ИШ 11 111 Ф Рис. 2.9. Турбоиасосиме схемы ЖРД без Ложигаивя геиераториого газа: Ок — окислителгч à — горючее; НΠ— иасос окислителя; Нà — насос горючего; НВ— иасос вспомогательного компонента; Т вЂ” турбина; — — — — перелача вращения от турбины Все эти двигатели обьединяет общий признак схемы — выброс отработанного на турбине генераторного газа наружу через выхлопную систему.
Часто в конце выхлопной системы находятся реактивные сопла, на которых "срабатывается" определенный перепад давлений, и они создают заметную тягу, используемую в системе управления вектором тяги (см. рис. 29, б). Наконец, иногда отработанный генераторный газ направляется в щель сопла основной камеры в зоне малых давлений, образуя на этом участке заградительное его охлаждение (см. рис. 2.9, в) . Несмотря на большое различие конкретных схем выброса отработанного генераторного газа, все они имеют определенные потери удельного импульса на привод ТНА.
Эти потери могут быль оценены коэффициентом ггг ) Чг Т Н А = 1 глг.г ( ( тк 41 где глг.г = пг г.г/(гл к + лгг.г) — относительный расход генераторного газа; 1г г — удельный импульс выхлопной системы генераторного газа; 1к— удельный импульс камеры.
с учетом коэффициента ртнл эффективный удельный импульс двигателя да к тзТНА' В крайнем случае, пренебрегая удельным импульсом, создаваемым выхлопом генераторного газа, получим, что максимальное снижение удельного импульса двигателя по сравнению с удельным импульсом камеры определяется относительным расходом генераторного газа: Тда =Тк (1 лз .г). Устройство реактивного выхлопа, который в зависимости от наруж. ного лдвлення может иметь (4 д/1к) = 0,2 ...
0,4, снвкает потери на привод ТНА и приближает эффективный удельный импульс к удельному импульсу камеры двигателя. Повышение давления в камере требует и более высокого давления подачи компонентов, которое увеличивает мощность ТНА, а это вызывает рост относительного расхода генераторного газа, Последнее обстоятельство и наклащявает ограничение на предел обоснованному повышению давления в камере. На рис. 2.10 показано, что с ростом рк удельный импульс камеры непрерывно возрастает, но иэ-эа увеличения потерь на привод ТНА эффективный удельный импульс двигателя растет только до определенных пределов.
После этого прирост удельного импульса камеры уже не компенсирует возрастающих потерь на привод ТНА. Поэтому снижение потерь на привод ТНА — важная задаю. Она в основном решается совершенствованием конструкции ТНА, рациональным выбором его параметров и эффективной организации выхлопа генераторного газа.
У современных ЖРД без дожигания генераторного газа максимальные рк находятся в пределах 1О ... 12 МПа. тв р, ьзла Рвс. 2.10. Квмстаеииая заввсвмость удельного импульса от давления в камере сгораввя и области оатимальимх р, для различима схем мзда'м топлива (ВП вЂ” амтесивтельиая подача) 42 Насосные схемы подачи с дожигаиием генераторного газа.
За последние годы ЖРД с такими системами также получили большое распространение. Общее, что их объединяет, — генераторный газ, полученный из основных компонентов, после срабатывания на турбине ТНА, затем направляется по газоводу в основную камеру, где он и дожигается с остальными компонентами топлива. Благодаря этому, потери на привод ТНА в этой схеме двигателя полностью отсутствуют, т.е.
коэффициент ртнд = 1 и 1дв =)к Тем не менее максимально достижимое давление в камере сгорания и в этой схеме имеет ограничение, которое вызывается главным образом располагаемой мошностю ТНА, определяемой расходом генераторного газа через турбину и его термодинамическими параметрами — температурой и видом газа (восстановительный или окислительный). Другое ограничение может возникнуть из-за необходимости иметь слишком боль.
шие давления подачи. Например, давление больше 60 ... 70 МПа по техническим и технологическим причинам не всегда может быть надежно обеспечено. В соответствии с приведенной на рис. 2.8 классификацией эта схема двигателя также отличается большим многообразием ее вариантов. На рис. 2.11 схематично приведены некоторые из них. Схема а является "классической " для неводородных ЖРД; окислительный ЖГГ, охлаждение камеры горючим; схема б — схема водородного ЖРД; после насоса горючего большая часть водорода направляется в восстановительный ЖГГ, а меньшая часть — в охлаждающий тракт сопла, пройдя который, эта часть водорода затем используется на органиэацию внутреннего охлаждения (завесного).
Цилиндрическая часть камеры охлаждается жидким кислородом. Схема в — также схема водородного ЖРД. Особенность схемы — два ТНА: ТНА подачи кислорода и ТНА подачи водорода. Каждый ТНА приводится во вращение восстановительным генераторным газом, вырабатываемым в двух ЖГГ. Причем после насоса горючего большая часть водорода направляется в ЖГГ, а меньшая часть — в охлаждающий тракт камеры. Схема г — тоже схема водородного ЖРД. Основная ее особенность— отсутствие ЖГГ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
