Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 140
Текст из файла (страница 140)
На основе получаемой информации разрабатывают определенные методы предупреждения аварийных состоя- 693 ний агрегатов и систем. Внедрением в практику диагностических систем предполагается повысить надежность ЖРД. Таким образом, одна из характерных современных тенденций в развитии ЖРД вЂ” усиление всесторонних исследований во всех областях ЖРД. Эти исследования составляют ту основу, на которой происходит создание с меньшими затратами и в более короткие сроки высокоэффективных и надежных ЖРД, способных решать все усложняющиеся задачи ракетной техники.
Пятая характерная черта развития ЖРД вЂ” непрерывное совершенствование конструкции всех агрегатов, систем и элементов ЖРД Вместе с этим совершенствуется и сама принципиальная схема двигательной установки, объединяются все составные части ЖРД в одно целое, обеспечивая их рациональную связь взаимодействия. Для улучшения характеристик, упрощения эксплуатации и совершенствования конструкции ЖРД рабочее тело привода турбины ТНА генерируют, как правило, из основных компонентов топлива в газогенераторе, в который они подаются тем же ТНА. В дальнейшее совершенствование ЖРД существенный вклад внесло широкое распространение схем ЖРД с дожиганием генераторного газа различного типа. Эти схемы позволили значительно улучшить рабочие, эксплуатационные и конструктивные параметры современных ЖРД.
Наметилась тенденция: при схеме ЖРД с дожиганием иметь единую компоновку ТНА с камерой, при которой турбины ТНА расположены непосредственно в ней. В конструкции ЖРД применяют не- разъемные соединения, различного рода пластические материалы, теплостойкие покрытия, тугоплавкие материалы, которые повышают надежность, снижают массу и позволяют повысить значение удельного импульса. Коренному улучшению подверглась конструкция камер, большинство из которых делают паяными, например трубчатые камеры Благодаря этому удалось сделать внутреннюю стенку камеры весьма тонкой, что в большой мере облегчает решение проблемы охлаждения камеры при высоком давлении в камере сгорания и повышении температуры пристеночного слоя.
Это позволяет повысить удельный импульс и снизить массу камеры. Наблюдаются в некоторых случаях тенденции к созданию камер. имеющих элементы без наружного проточного охлаждения. Стенки этих камер защищаются внутренним охлаждением, а также применением теплозащитных покрытий и тугоплавких материалов. Эть позволяет упростить конструкцию, снизить массу камеры. Например, у некоторых двигателей концевая часть сопла с большим расширением не имеет наружного охлаждения.
Отвод тепла от этой части сопла осуществляется за счет излучения в окружающее пространство. Продолжают совершенствоваться турбины и насосы ТНА. Так, в современных ТНА часто используется генераторный газ с повышенной температурой. Это улучшает эффективность турбины и характеристики всего ТНА. С этой же целью при разработке ТНА большое.
внимание уделяется повышению КПД турбины и насосов, увеличению напорности крыльчаток, антикавитационных свойств, более рациональной конструкции соплового блока и проточной части турбины н насосов. Получила развитие тенденция применения бустериых насосов, устанавливаемых непосредственно на баках н приводимых специальной турбиной — БТНА.
Все это повышает эффективность современных ТНА; позволяет быстроходным ТНА, имеющим малые габариты и массу, подавать большие расходы компонентов с высокими давлениями подачи и малыми давлениями наддува топливных баков. Для многих современных ЖРД стала обязательной система управления вектором тяги (УВТ). Эта система вызвала появление разнообразных конструктивных решений. Она может быть обеспечена: специальной конструкцией карданной подвески камеры или всего двигателя; устройством специальных управляющих сопл, работающих на генераторном газе, особенно после выхлопа из ТНА; дополнением основного двигателя специальными рулевыми двигателями малой тяги и т.
и. Введение системы УВТ усложняет конструкцию двигателя, но, с другой стороны, дает большой выигрыш в летных характеристиках ракеты. Частой особенностью многих современных ЖРД большой тяги является их многокамерная или многодвигательная конструктивная схема. Это направление в развитии ЖРД имеет определенные преимущества: используются надежные и проверенные узлы и агрегаты, дешевле и быстрее используются производственные и испытательные возможности; проще решается проблема УВТ; сокращаются продольные габариты двигателя. Новым конструктивным элементом современных двигательных установок в некоторых случаях является оснащение их специальной электронно-вычислительной системой — своего рода электронным «мозгом» двигателя. Назначение такого электронного блока — обеспечение полной автоматизации управления работой двигателя: от предполетного контроля и запуска до останова и послеполетного контроля (при многократном применении двигателя).
Такой электронный блок непрерывно получает и обрабатывает обширную информацию, поступающую от многочисленных датчиков, измеряющих различные параметры во многих точках двигательной установки. На основе обработки этой информации электронный блок в каждый момент знает состояние практически всех агрегатов и элементов двигателя„ контролирует их работу и вырабатывает соответствующие команды— Решения различным исполнительным органам и системам.
На такой электронный блок могут быть возложены и задачи диагностики двигателя. Такой электронный блок обеспечивает надежную работу двигателя, оптимизацию его режимов работы и согласование параметров двигателя с характеристиками ЛА на всем протяжении полета. Наконец, прорабатываются и моделируются новые компоновки ЖРД на основе использования сопл с центральным телом. Главные преимущества — сокращение продольных габаритов двигателя н уве- личение среднего по траектории удельного импульса за счет эффекта авторегулирования высотности сопла. Например, для двигателей большой тяги (порядка 10' Н) прорабатывается компоновка, при которой используется связка большого числа модульных камер, объединенных одной общей сверхзвуковой частью сопла с центральным телом, внешнего или внутреннего расширения.
Кроме того, для этой схемы в случае двигателей мощных ракетоносителей есть предложение использовать при полете в атмосфере воздух для увеличения удельного импульса. Для этого организовывается забор и приток воздуха в центральную часть сопла. Прорабатывается подобная компоновка двигателя и для следующего МТКС, одна из них, называемая «линейный» двигатель, предполагает объединение нескольких модульных камер сверхзвуковои частью сопла с центральным телом, имеющим прямоугольную форму в сечении. В связи с разработкой многоразовых транспортно-космических систем (МТКС), в основе которых находится космический ракетоплан, сочетающий свойства и возможности ракеты и самолета, появляется новое направление в ракетном двигателестроении.
Прн этом ЖРД должны иметь высокую эффективность, надежность. многократность использования и значительный ресурс. Чтобы создать такие двигатели, приходится сталкиваться со сложными задачами, которые исходя из предшествующего опыта, знаний и достижений в области конструкции и технологии успешно решаются. Хотя сначала МТКС не вышли за пределы первых испытаний, но уже сейчас исследуются и прорабатываются пути их дальнейшего развития и совершенствования. В этом направлении особенный интерес представляет одноступенчатая система, как наиболее простая и надежная. Основой таких МТКС второго поколения, как их называют, является высокоэффективная двигательная установка. Предложены и изучаются ряд схем и проектов таких двигателей, например трехкомпонентный ЖРД. Этот двигатель в начале траектории полета работает на кислородно-углеводородном топливе, а достигнув больших высот, переходит на кислородно-водородное топливо.
Изучаются варианты, в которых вместо углеводорода типа керосим будет криогенный углеводород типа жидкого метана. При таком горючем улучшаются эксплуатационные характеристики многоразового двигателя. Другим двигателем для МТКС второго поколения может быть разрабатываемый ЖРД, работающий на кислородно-водородном топливе, но с изменением коэффициента избытка окислителя и. в большем диапазоне. В начале полета двигатель работает с коэффициентом а»1. При этом удельный импульс существенно меньше максимального и соответствует удельному импульсу кислородно- углеводородного топплнва), но плотность топлива значительно.
выше, что важно для начального этапа полета. После достижения большой высоты двигатель переходит на режим с номинальным а<1. В заключение нельзя не сказать о резервах повышения эффек- 696 тивности ЖРД. Это, во-первых, более тщательный выбор основных проектных параметров двигателя путем точного согласования их с характеристиками ЛА и с последующей оптимизацией этих параметров. Во-вторых, более точный выбор и расчет вариантов схемы, агрегатов и устройств самого двигателя. Проведение тщательного и точного анализа вариантов схемы, агрегатов и устройств двигателя, использование высокоточных методов расчета рабочих процессов и конструкций позволяют получить оптимальный вариант двигателя для данного ЛА. В-третьих, используя методы математического моделирования, можно на стадии проектирования проанализировать все основные режимы работы двигателя, установить и выяснить динамические и статические характеристики. Проведение подобных модельных испытаний позволяет получить не только картину работы двигателя до его изготовления и натурных испытаний, но и добиться оптимального соответствия и увязки параметров двигателя с характеристиками ЛА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
