Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 123
Текст из файла (страница 123)
Через отверстия диафрагмы газ истекает в п сопловый объем. Гидравлическое сопротивление диафрагмы рас тывают по общим формулам газодинамического расчета трак Обычно площадь сечений диафрагмы принимается в 3 — 5 раз бо ше площади сопла ТГГ. Рекомендуется, чтобы скорость течения газа не превышала 100 — 150 м!с. Гибридный ТГГ.
Работа гибридного ТГГ основана на введении во внутренний объем камеры ТГГ жидкого или газообразного окислителя, в результате взаимодействия которого с твердым горючим, находящимся в камере, генерируется газ. Преимущество гибридного ТГà — возможность регулирования его газопроизводительности и параметров газа. В качестве примера можно указать на гибридный ТГГ, у которого в качестве твердого горючего использована смесь литий + иолибутадиен; в качестве жидкого окислителя — смесь фтора с кислородом. Этот ТГГ устойчиво работает в широком диапазоне изменения соотношения компонентов топлива (стехиометрическое соотношение 2,8) и обеспечивает генерацию газа как с избытком, так и с недостатком окислителя. В системах с ТГГ иногда устанавливают фильтры и устройства для охлаждения и регулирования расхода газа.
Фильтры используют для устранения твердых продуктов, образующихся при горении многих типов твердых топлив. Применяют фильтры динамического (сепарационного), сетчатого, а иногда комбинированных типов. В последнем случае грубая очистка осуществляется в сепараторе, мелкая— 614 сетками. Расход газа можно регулировать путем установки клапанов сброса или регуляторов, изменяющих сечение сопла ТГГ, при этом потребное изменение площади сопла можно определить из уравнения (15.75). Последний способ регулирования может обеспечить наиболее полное полезное использование всей массы заряда.
Его конструктивное решение осложняется требованием создания малоинерционного регулятора, работающего в условиях термического и эрозионного воздействия продуктов сгорания твердотопливного заряда. Однокомпоиентный ЖГГ. Работа однокомпонентного ЖГГ основана на использовании компонента топлива, обладающего экзотермической реакцией разложения (перекиси водорода, гидразина, изопропилнитрата, аммиака, несимметричного диметилгидразина и др.).
Основными условиями, определяющими возможность использования компонента топлива в однокомпонентом ЖГГ, являются способность к каталитическому или термическому разложению и устойчивость протекания процесса разложения (постоянство давления, температуры, химического состава и др.). Температура газа на выходе из ЖГГ ие должна превышать допустимую для конструктивных элементов, находящихся под воздействием газового потока.
Разложение компонента топлива может осуществляться каталитическим или термическим методом. Каталитическое разложение осуществляется подачей компонента топлива на активную поверхность твердого катализатора, размещенного во внутреннем объеме ЖГГ, или вводом жидкого катализатора в камеру ЖГГ. Последний способ разложения в современных двигателях применяется лишь для некоторых специальных целей, так как он влечет за собой усложнение схемы и увеличение массы ЖРД. При термическом методе реакция протекает под действием тепла, получающегося за счет разложения ранее поступивших порций компонента топлива или подводимого от внешнего источника.
Для запуска пусковой расход компонента топлива должен быть прогрет от постороннего источника тепла до температуры саморазложения (электросвеча, химический источник тепла и т. д.). Возможен изотопный подогрев, при. котором во внутреннем обьеме камеры ЖГГ размещают капсулы с радиоизотопом. В зависимости от потребного ресурса в качестве радиоизотопа может быть использован Рочп и СпР" (период полураспада несколько месяцев), Сшмм (период полураспада 18,6 года) и Ро'аа (период полураспада 90 лет). При расчете однокомпонентного ЖГГ задаются физико-химическими параметрами газа, потребным количеством катализатора, эффективным объемом и площадью смесительной головки ЖГГ.
Параметры газа определяются на основании термодинамического расчета реакции разложения заданного компонента топлива. Под эффективным объемом поним кт внутренний объем ЖГГ (от головки до выходного сечения) за вычетом объема, занимаемого катализатором или тепловым аккумулятором. Потребное количество катализатора определяется условиями протекания реакции разложения и количеством разлагаемого компонента топлива. 615 Количество катализатора т„рассчитывают из условия обеспечения разложения секундного расхода компонента топлива т: (15.76) т„= т,/8, где 5 — допустимая секундная нагрузка компонента на 1 кг катализатора (выбирается на основании экспериментальных данных), кг .
с1кг. Если во время работы ЖГГ имеет место расход катализатора (частичная реакция с образованием побочных продуктов или унос катализатора с генерируемым газом), то количество катализатора, полученное по (15.76), должно быть проверено на условие обеспечения ресурса: ' ° ° ' тг™~ (15.77) где т — время работы ЖГГ; 1 — экспериментальный коэффициент, определяющий ресурс катализатора. Для ЖГГ, использующих жидкий катализатор, уравнения (15.76) и (15.77) определяют секундный расход катализатора и необходимый его запас.
Эффективный объем газогенератора рг„„определяется временем пребывания компонента т, в камере: (15.78) тг = 1 г.грг тг~ где р, — плотность газа в камере ЖГГ. Время пребывания в свою очередь определяется условиями протекания реакции разложения и находится экспериментально. Для болыпннства компонентов топлив, используемых в однокомпонентных ЖГГ, т„= — (0,8 —; 6,0) 10 ' с. В некоторых случаях нецелесообразно доводить процесс разложения до химически равновесного состояния (например, чтобы обеспечить более высокое значение КТ газа на выходе ЖГГ), и тогда, варьируя эффективным объемом ЖГГ, можно обеспечить заданный состав газа. Полный объем ЖГГ определяется как сумма эффективного объема р',,„объема )г„, занимаемого катализатором (тепловым аккумулятором), и объема Р, заключенного между смесительной головкой и поверхностью катализатора: 1 х ) г.г+ )к+ 1 гг (15.79) Площадь плоских смеснтельных головок (15.80) Гг тг'йр ~ где !!р — коэффициент расходонапряженности смесительной головки, зависящий от типа форсунок и принятой системы смесеобразования.
6Ш Большинство компонентов топлвва, поддающихся каталитическому разложению, способны и к термическому разложению. Для таких компонентов можно подобрать условия, при которых только часть компонентов разлагается с помощью катализатора, а остальная часть подвергается термическому разложению путем смешения с продуктами разложения, полученными на катализаторе. Это позволяет существенно уменьшить потребное количество катализатора н обеспечить более устойчивое протекание процесса разложения, что имеет существенное значение для повышения экономичности и надежности ЖРД.
Двухкомпонентный ЖГГ. Работа двухкомпонентного ЖГГ основана на химической реакции между жидкими окислителем и горючим, подаваемыми во внутренний объем ЖГГ. Процесс горения топлива в двухкомпонентном ЖГГ протекает при таких значениях коэффициента избытка окислителя, при которых обеспечивается заданная температура газа на выходе из ЖГГ. Соответственно процесс в ЖГГ может идти при избытке (восстановительные продукты ГГ) или недостатке горючего (окислительные продукты ГГ). Выбор восстановительных илийокислительных продуктов ГГ определяется конкретными задачами, решаемыми при проектировании ЖРД.
При этом нужно учитывать, чторвеличина КТ восстановительных продуктов ГГ, полученных! из углеводородных топлив, при прочих равных условных выше КТ окислительных. Применение окислительных продуктов ГГ обусловливает повышенные требования к «оррознонной стойкости конструктивных элементов; при генерации восстановительного газа возможно наличие твердой фазы, вызывающей повышенный эрозионный износ конструктивных элементов, загромождение проходных сечений газовых трактов и т. и. В результате отложения твердых продуктов неполного сгорания во внутреннем объеме ЖГГ может изменяться расчетное время пребывания газа в камере ЖГГ, условия смесеобразования и, как следствие этого, химический состав генерируемого газа.
На рис. 15.9 даны графики, характеризующие изменение температуры горения и произведения Р.Т продуктов ГГ при различных значениях коэффициента избытка окислителя,пля топливных пар: кислород и керосин, азотная кислота н керосин. Специфика рабочего процесса двухкомпонентного ЖГГ заключается в том, что он проходит при соотношении компонентов топлива, значительно отличающемся от стехиометрического. Это обусловливает необходимость обеспечения стабильного горения при относительно низких температурах. Наиболее простым типом двухкомпонентного ЖГГ является однозонный (рис. 15.10, а), в котором расход компонентов топлива осуществляется только через смесительную головку 1. Недостаток такого ЖГà — сложность обеспечения устойчивого горения, протекающего в условиях относительно низких температур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
