Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Тактические ракеты «Земля — Земля», «вода — Земля», «вода— вода», «воздух — Земля». Тактические ракеты отличаются от стратегических меньшей дальностью действия, поэтому они имеют меньшие тягу и массу. К двигателям этих ракет предъявляются ряд специфических требований, например запуск и работа двигателя при повышенных противодавлениях (для старта ракеты из-под воды). Зенитные управляемые ракеты (ЗУР) «Земля — воздух», «вода — воздух». В связи с появлением сверхзвуковых самолетов широкое применение получили ЗУР, достигшие высокой степени совершенства. На вооружении современных армий находятся ЗУР со ело н ~м комплексом противовоздушной системы обороны 1ПВО), имею- ь. щие специальные установки обнаружения и оповещения и способные одним выстрелом 1ракетой) сбить самолет, идущий на любой практически возможной скорости и высоте.
К ДУ ЗУР предъявляются особо жесткие требования по поддержанию постоянной стартовой готовности и минимальному времени выхода на рабочий режим. С появлением стратегических и тактических ракет возникла необходимость в создании средств их перехвата и уничтожения; по сравнению с ЗУ'Р задача осложняется малым временем обнаружения и перехвата объекта, а также необходимостью уничтожения его на достаточно больших расстояниях и высоте от обороняемой зоны. Поэтому. появились особые ракеты — антиракеты, обладающие большой стартовой тяговооруженностью (отношение тяги к стартовой массе ракеты) и особо высокой вадежностью. Ракетоплаиы. Дальнейшее развитие пилотируемой авиации будет идти в направлении освоения все болыпих высот и скоростей полета.
В предельном случае это приведет к необходимости использования РД в качестве основного двигателя для самолета (ракетоплаиа). Только ракетоплан способен совершать полеты по орбитальным траекториям с суборбитальными скоростями, поэтому будущее сверхвысотной и скоростной авиации, видимо, будет опираться на РД. Дополнительным стимулом к использованию РД на подобных пилотируемых ЛА являются его экономические преимущества, связанные с многократным использованием, по сравнению с космическими и межконтинентальными ракетами.
К ЖРД, используемому для ракетоплана, предъявляется ряд требований, определяющих его сушественное отличие от двигателей, применяемых для ракет: как правило, многократный запуск и много- разовое использование; большой ресурс по времени работы и количеству запусков; широкий диапазон регулирования тяги; высокая степень безопасности и надежности работы. Сейчас известны опытные образцы ракетопланов с ЖРД.
Один из них достиг высоты полета более 100 км, а скорости — свыше 5000 км1ч. К ракетопланам можно отнести разработанный в США грузовой орбитальный корабль (рис. 1.17), который выводится на орбиту с помощью двух твердотопливных двигателей первой ступени 4 с тягой 12 000 кН каждый и тремя ЖРД второй ступени 3, смонтированными иа самбм орбитальном корабле.
ЖРД второй ступени работают с момента старта и дают каждый тягу 1900 кН. Таким образом, суммарная тяга всех двигателей на старте составляет примерно 30 000 кН. Отделение двух блоков первой ступени осуществляется на высоте 40 км, а затем на высоте 128 км при скорости 7,9 км1с выключаются двигатели второй ступени и топливный бак отбрасывается от орбитального корабля.
Топливом для ЖРД второй ступени служат жидкий кислород и водород. Кислородно-водородный ЖРД за один пуск работает около 8 мин при общем ресурсе 7,5 ч. В процессе работы двигатели могут менять тягу. Высокое давление в камере (21 МПа) позволяет получить пустотный удельный импульс 4435 м1с. В головной части орбитального корабля находится кабина 1, в средней части — контейнер для транспортируемого груза (до 300 кН). На орбитальном корабле кроме трех главных двигателей второй ступени установлено два маневровых ЖРД 2 тягой по 27 кН и система ЖРД ориентации.
После сброса топливного бака необходимая ско- 22 рость для выхода на заданную орбиту достигается маневровыми двигателями. По окончании работ на орбите осуществляется спуск корабля и посадка его на аэродром, так же как самолета. Стартовые ускорители. Для обеспечения взлета ЛА применяют стартовые ускорители с ЖРД, использование которых сушественно сокращает длину пробега при взлете самолетов с увеличенной полез- Рнс. 1. 17. Орбитальный раиетоплан с первой ступенью; 1 — кабина для экипажа; у — сопла маневрового двигателя; а — сопла двнгатела И ступени; Π— сопла двигателя 1 ступени ной нагрузкой. К этим двигателям предъявляются требования много- кратности запуска, а также минимальное эрозионное и коррозионное воздействие ПС, вытекающих из сопла двигателя, на конструкцию ЛА и взлетно-посадочную плошадку. Кроме того, ЖРД широко используют для привода ракетных тележек, движущихся по рельсовому пути для' испытания различных ракетных и самолетных узлов, связанных с высокими скоростями и значительными перегрузками.
й 1.б. КРАТКИИ ОБЗОР РАЗВИТИЯ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Создание РД относится к далекому прошлому. Наиболее ранними из известных нам РД были РДТТ, появившиеся, по-видимому, одновременно с изобретением пороха. Из литературных источников известно, что в Х вЂ” ХП! вв.
в Европе применение пороха и ракет было достаточно хорошо известно. К этому времени относятся достоверные данные о боевом применении ракет. Особенно большой интерес к военному применению ракет с РДТТ замечен в Европе в конце ХИ! в. Появились ракетные войска. Ракеты с РДТТ широко использовались в Войнах первой половины Х(Х в. Так, в период Крымской войны в России ежегодно производилось 5000 боевых ракет. 23 В середине Х(Х в. появились нарезные орудия, у которых дальность и прицельность были лучшие по сравнению с ракетным оружием, что дало возможность отказаться от применения боевых ракет н упразднить ракетные войска (ракетный корпус в России был упразднен в 1897 г.).
Однако идея использования принципа реактивного движения продолжала жить и нашла блестящее возрождение в проекте Н. И. Кибальчича и в трудах К. Э. Циолковского — основоположника современной ракетной техники. Русский революционер-народоволец Н. И. Кибальчич (1853 — 1881) в своем проекте, созданном в 1881 г,, накануне казни, предложил впервые ракетный аппарат для полета человека. В этом проекте он описал устройство РДТТ, программный режим горения дня непрерывного подъема и зависания на высоте, управление ракетным аппаратом путем изменения угла наклона двигателя и ряд других вопросов. Спустя два года, в 1883 г., К.
Э. Циолковский (1857 — 1935) в работе «Свободное пространство» впервые описал свой космический корабль с двигателем, использующим реактивный принцип, а в 1903 г. в журнале «Научное обозрение» напечатал классический труд «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где он указал на ракету с ЖРД как средство передвижения в космическом пространстве, наметил пути овладения межпланетным пространством н дал основные законы движения ракеты. К. Э. Циолковский не только указал теоретические основы полета ракеты, но ндал принципиальную схему аппарата с ЖРД, в которой предвосхитил все основные устройства современных двигателей подобного типа. В 1903 г. и последующие годы он исследовал различные топлива для ЖРД и предлагал построить ракеты на жидком топливе, в состав которого, по его мнению, могут входить в качестве окислителей жидкие кислород, озон, пятиокись азота, а в качестве горючего— жидкие водород, метан, углеводороды, бензин и другие вещества.
Он предусмотрел подачу топливных компонентов при помощи насосов и предложил использовать топливные компоненты для охлаждения камеры ЖРД. К. Э. Циолковский рекомендует несколько способов управления ракетой, в том числе при помощи рулей, помещенных в потоке вытекающих газов, поворота сопла или всего двигателя. В своих трудах он рассмотрел условия полета ракеты в межпланетном пространстве, условия вылета ракеты с Земли, предложил образовывать вокруг Земли искусственные спутники, а в 1929 г. разработал теорию составных ракет, или, как он их называл, «ракетных поездов», позволяющую получить значительно ббльшую конечную скорость по сравнению с ракетой несоставной при одной и той же начальной массе. Из сказанного следует, что К, Э. Циолковский почти во всех деталях разработал проект космического полета на ракете с ЖРД, заложил принципиальные и теоретические основы РД, определив тем самым на десятилетия вперед пути развития ракет. Материалы с пророческими научными поисками Н.
И. Кибальчича пролежали в архивах царской охранки до Великой Октябрьской социалистической революции, а блестящие исследования К. Э. Циол- ковского не получили признания в царской России, и только при Советской власти К, Э. Циолковскому была оказана помощь в работе и издании его трудов. В 20-х годах идеи Циолковского получают мировую известность, его основные работы переводят на иностранные языки. В ряде зарубежных стран создаются группы и общества по изучению возможностей межпланетных путешествий, развертывается конструкторская и экспериментальная работа по ракетам и ЖРД. Практическое осуществление идей К.
Э. Циолковского в области ракетной техники, а также дальнейшая их разработка начались в России в годы Советской власти, При этом создание ЖРД проходило параллельно с созданием ракет, и работы в этой области были между собой тесно увязаны. Планомерные теоретические и экспериментальные исследования в области ЖРД были начаты в нашей стране в 1929 г., когда в Ленинграде в Газодинамической лаборатории (ГДЛ) была создана первая опытно-конструкторская организация для разработки электрических и жидкостных РД под руководством В.
П. Глушко, ныне академика. Впервые работами этой организации теоретически и экспериментально была доказана возможность применения электрического РД, использующего в качестве рабочего тела металл, а в качестве источника энергии — электричество. В 1930 г. в ГДЛ были впервые предложены в качестве окислителей для ЖРД азотная кислота, азотный тетраксид (четырехокись азота) н их растворы, перекись водорода, хлорная кислота, тетранитрометан и нх растворы, а в качестве горючего — бериллий, трехкомпонентное топливо — бериллий с кислородом и водородом, порох с диспергированным в нем бериллием и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
