Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Коэффициент а„ = 4,00 следует рассматривать как нижний предел, легко достигаемый. Для современных ракет в зависимости от рода применяемого топлива а„= = 12,0 —: 16,0, а в зависимости от величины массы полезного груза для существующих одноступенчатых ракет 1»кж 3 —: 7. Кроме перечисленных основных параметров ЖРД следует указать еще его эксплуатационные, технические и технологические качества: род применяемого топлива; время работы; многократность или одноразовость включения; многократность или одноразовость применения; диапазон регулирования тяги; надежность работы; импульс последействия 1„,* (Н ° с); простоту обслуживания и т. п.
Все перечисленное позволяет судить о ЖРД в целом и сравнивать их друг с другом, выявляя преимущества и недостатки того или иного двигателя, и устанавливать рациональные области их применения. ь Импульсом псследейспыия называют импульс, возникающий в результате инерции систем органов управления и подачи топлива, имеющийся у двигателя после подачи команды на его выключение. Обычно при проектировании ЖРД стремятся уменьшить /пье н особенно его разброс, так как при этом уменьшается разброс величины скорости аппарата после выключения двигателя. 5 !«Е КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В основе каждой классификации лежит различие предметов по какой-либо группе признаков, например назначение, конструкция, рабочий процесс, особенности системы подачи топлива и т.
п. Построить какую-либо всеобъемлющую классификацию ЖРД не представляется возможным и вряд ли целесообразна, так как таких признаков и их групп очень много. Однако, основываясь на конструкционных и эксплуатационных соображениях, можно выделить основные отличительные особенности РД и построить их классификацию (см.
рис. 1.1, где в качестве определяющих признаков использованы род топлива и тип системы подачи). Независимо ат этого можно классифицировать ЖРД и па другим признакам, например области применения. ЖРД используется в основном для трех типов ЛА: ракет, космических аппаратов и самолетов. Ракеты с ЖРД предназначены: а) для переноса полезного груза с одного места поверхности земного шара в другое. Их называют ракетами «Земля — Земля». Сюда же можно отнести ракеты аналогичного назначения, стартующие с корабля, из-под воды и т.
и.; б) для доставки полезного груза с поверхности Земли на орбитальные (космические) траектории — «Земля — космос»; в) для поражения воздушных целей. Зги ракеты могут стартовать с Земли («Земля — воздух»), с корабля («вода — воздух») илн с ЛА («воздух — воздух»); г) для поражения с воздуха целей, расположенных на поверхности земного шара или под водой, — «воздух — Земля», «воздух — вода». Двигатели для этих ракет па назначению подразделяют на основные и вспомогательные. Основные двигатели обеспечивают разгон ЛА на активном участке полета, сообщая ему требуе- у мый импульс тяги. Вспомогательные используют в ЛА для выполнения специальных задач (управления траекторией движения ЛА и др.). На самолетах ЖРД устанавливают либо в ка- Т честве основнога двигателя, либо в качестве ускорителя, обеспечивающего кратковременное увели- 1 , .чение тяги.
Если ЖРД на самолете является основным двигателем, то самолет называют ракетопланом. Рассмотрим условия применения ЖРД на ракетах и самолетах. Космические ракеты «Земля — космос». Ракеты этого типа должны доставлять полезный груз Рис 1 11 Схема на околоземную орбиту с первой космической ско- ~рехступенча~ой ростью (7,9 км/с) или большими скоростями. ты Рис. 1.13, ЖРД рд.197 Рис. 1.14. ЖРД РД-214 18 19 Обычно космические ракеты состоят из двух, трех и более ракет (ступеней), работающих последовательно одна за другой (рис.
1.11). Вначале включается ЯРД первой ступени 1. Полезным грузом для первой и т. д. ступеней являются остальные ступени. После выгорания топлива первая ступень отбрасывается и включается вторая. После израсходования топлива второй ступени 2 последняя отбрасывается и включается двигатель третьей ступени 3 и т. д. Рис. 1.12. Трехступенчатая ракета-носитель косин ческото корабля «Востока Так как масса полезного груза, переносимого каждой ступенью, последовательно уменьшается, то соответственно уменьшается и потребная тяга, развиваемая ЖРД последующей ступенью. В отличие от одноступенчатой ракеты здесь одновременно с полезным грузом заданную конечную скорость получает масса не всей конструкции, а только последней ступени.
Массы же предыдущих ступеней получают меньшие скорости. Благодаря этому резко сокращается запас топлива, который затрачивается на разгон полезного груза до заданной конечной скорости, Чем больше ступеней имеет ракета (при-равных стартовых массах), тем больший полезный груз 4 может быть выведен на о рбиту. Однако увеличение количества ступеней усложняет эксплуатацию и снижает надежность ракеты. Поэтому в настоящее вр мя для увеличения массы полезного груза повышают тягу первой ступени основного ЖРД, доводя их до величин, измеряемых десятками миллионов ньютонов. На рис. 1.12, а приведена трехступенчатая ракета-носитель космического корабля «Восток».
Первая ступень (рис. 1.12, б) состоит из четырех блоков, расположенных вокруг центрального блока (вторая ступень) в плоскости стабилизации. На каждом из четырех блоков установлен четырехкамерный ЖРД РД-107 с тягой в пустоте 1006,2 кН, с двумя рулевыми качающимися камерами (рис. 1.13), работающий на жидком кислороде и керосине. Топливо в каждый из двигателей РД-107 подается своим ТНА.
Двигатель работает по схеме без дожигания продуктов газогенерации; турбина — от продуктов разложения перекиси водорода твердым катализатором в ГГ. Отработанные в турбине продукты газогенерации выбрасываются через специальное сопла в окружающую среду. Конструкция двигателя РД-108 второй ступени ракеты «Восток» аналогична описанной. Основные отличия — четыре рулевые камеры, ббльший ресурс, так как РД-108 запускается при старте ракеты одновременно с двигателем первой ступени. Тяга его в пустоте составляет 918,0 кН.
На рис. 1.14 и 1.15 изображены ЖРД соответственно РД-214 и РД-119, устанавливаемые на двухступенчатой ракете-носителе «Космос». На первой ступени этой ракеты установлен двигатель РД-214, его тяга в пустоте 726,0 кН, работает на высококипящем азотнокислотном окислителе и продуктах переработки керосина; на второй ступени — двигатель РД-119, его тяга 108,0 кН, работает на жидком кислороде и несимметричном диметнлгидразине. К вспомогательным двигателям можно отнести двигатели космических аппаратов. Космическими аппаратами 1КА) являются искусственные спутники Земли 1ИСЗ) и аппараты для полетов к Луне и планетам солнечной системы.
Космические пилотируемые аппараты, т. е. КА с экипажами на борту, называют космическими кораблями. Космические корабли, в том числе и КА, имеют на борту ЖРД различного назначения. К ним относятся двигатели: корректирующие, служащие для исправления направления и величины скорости КА; ориентации, предназначенные для ориентации КА в космическом пространстве; стабилизации, обесРис. !.15. ЖРД РД-119 печивающие предотвращение вращения или угловых колебаний КА относительно той нли иной оси; стыковочные, обеспечивающие стыковку КА с орбитальной станцией или с другим КА; тормозные, обеспечивающие торможение КА, например для спуска КА с орбиты на Землю. К двигателям этого типа предъявляются следующие требования: высокая степень надежности, длительное пребывание в режиме стартовой готовности, многократный запуск и др.
На рис. 1.16 представлена ДУ с корректирующим ЖРД для КА. С его помощью были осуществлены с большой точностью коррекции орбит спутников связи «Молния-1» и траектории-полета автоматических межпланетных станций «Зонд», «Марс» и «Венера». ЖРД работают на самовоспламеняющихся компонентах топлива на базе азотной кислоты. Пустотная тяга -- !962 Н.
Система подачи компонентов — вытеснительная. С помощью рулевых приводов камера может поворачиваться, изменяя вектор тяги двигателя и тем самым положение КА в пространстве, Абсолютная величина тяги корректирующих ЖРД и двигателей ориентации и стабилизации составляет от тысячных долей до тысяч ньютонов, в то время как тормозные ЖРД имеют тягу, измеряемую тысячами ньютонов и выше. Боевые ракеты.
После окончания второй мировой войны ракетное оружие нашло широкое применение во многих родах войск. К боевым ракетам предъявляется ряд жестких эксплуатационных требований, обусловленных спецификой их применения: длительное хранение в состоянии полной стартовой 1боевой) готовности, малое время запуска, возможность транспортировки в состоянии, максимально приближающемся к боевой готовности, и др. Стратегические ракеты «Земля — Земля». Дальность полета стратегических ракет обь Рис. 1.16 ДУ с корректирующим ЖРД ских ракет о ычно состав- дии ид ляет несколько тысяч километров. Для достижения заданной дальности можно использовать орбитальную Рили баллистическую траекторию. Двигатели ракет этого типа по величине развиваемой тяги приближаются к ЖРД космических ракет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
