Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Агрегат, в котором компоненты основного и вспомогательного топлива в результате низкотемпературного горения, разложения или испарения преобразуются в продукты газогенерации, называют жидкостным газогенератором (ЖГГ). Соответственно продуктами газо- генерации (ПГГ) называют получаемые в ЖГГ продукты разложения, низкотемпературного горения или испарения основного или вспомогательного топлива.
Продукты газогенерации называют окислитель- ными, если они получены при избытке окислителя, и восстановительными — при избытке горючего. Агрегат, вырабатывающий газ за счет сгорания заряда твердого топлива, называют твердотопливным газогенератором (ТГГ). 452 Истоониии газа Снепрерьзйной геие- раииеа газа С заносом газа ГийридиыйЗГГ жгг тгг Лег Донритииссний ТГГ Сдерзнригпиое - Испаритепь - Однонампонент Дбузномпонентсний ныи ныи ныи тгг тгг жгг жгг жггс непреры ным испарением Ь газогенераторе остономного типа Самодытесннттие системы ЖГГснатапитииестт растлением ЖГГс терми пескин разложением Однозонный ЖГГ Иногозонный жгг Рис.
13.1. Классификации источников газа 453 К газу, используемому для ВПТ, предъявляют следующие основные требования: высокая плотность при хранении и малая молярная масса при вытеснении, минимальная растворимость в вытесняемом компоненте топлива и наименьшая химическая активность с ним, отсутствие твердых или жидких примесей и др.
Рассмотрим некоторые системы с ВПТ. Система с аккумулятором сжатого газа. В качестве рабочего тела в системах с АСГ могут быть использованы воздух, азот, гелий и некоторые другие газы. Основной недостаток воздуха — наличие в нем кислорода и относительно высокая температура кипения, вследствие чего он не может быть использован для вытеснения криогенных топлив. С помощью гелия (благодаря его инертности и низкой температуры кипения) могут быть вытеснены все существующие компоненты топлива.
В аккумуляторах газ находится под давлением, которое превышает давление в топливных баках. Перед подачей газа в бак его давление должно быть снижено до заданной величины. В зависимости от способа снижения давления газа системы АСГ разделяются на системы с редуктором и прямым расширением. В 0 7 10 В 12 1 1З В 10 5 14 о 1О и 12 15 14 1б 17 Рис. !3.2. Схема ЖРД с вытесиительиой подачей топлива АСГ: 1 — иамера; 2 — пусковой кран топлива; 3 — кран заправки топлива; л — бак горючего; 3 — реле даалеиия; 8 — дренажный кран; 7 — бак окислителя; 8 — АСГ; 9 — краи заправки АСГ; 18 — образный клапан; И вЂ” пусковой клапан; 12 — редуктор; И вЂ” мембранный клапан; И— пластичная оболочка Рис.
13.3. Схема ЖРД с вытеснительной подачей топлива АСГ с подогревом газа горелкой, работающей иа жидком топливе: 1 — реле давления; 2 — клапан аварийного сброса давления из бака; 3 — дренажный кран; 8 бак горючего для поппгрева; 8 — мембранный клапан; 8 — АСГ; 7 — клапан аварийиога сброса давления из ЛСГ; 8 — краи заправки АСГ: 9— клапан двойного действмя; 18 — редуктор лсГ1 И вЂ” редуктор подогрева; 12 — обратный клапая; 13 — камеРа подогрева бака окислителя; И— мембранный клапан; И вЂ” камера подогрева бака горючего; 18 — краи заправки топлива; 17 — пускорегулируюжий краи двойного действия; И командная линия давления в камеРе; И вЂ” Регулнровавие тяги На рис. 13.2 приведена типовая схема ЖРД с ВПТ АСГ с использованием редуктора.
Основной недостаток этой системы — относительно большие габариты и масса. Системы АСГ находят применение в космических ЖРД различного типа. Это объясняется существенной конструктивной простотой и высокой надежностью этих систем, а также тем, что с их помощью относительно просто обеспечивается многократный запуск двигателя. Большие габариты и масса ВПТ в этом случае компенсируются тем, что в космических ЖРД (благодаря пренебрежимо малому противо- давлению) путем увеличения степени расширения сопла можно обеспечить достаточно высокий удельный импульс при относительно небольших давлениях подачи компонентов топлива. При этом следует иметь в виду, что снижение давления в КС и увеличение степени расширения сопла вызывают соответствующий рост габаритов и массы камеры ЖРД, это уменьшает выигрыш в массе топливных баков, получаемый за счет снижения давления подачи.
Представляется возможным',упростить АСГ, заменив редуктор дроссельной шайбой. Системы такого типа называют АСГ прямого расширения. Разновидностью АСГ прямого расширения является система, в которой вообще отсутствуег какой-либо регулирующий элемент иа линии вытесняющего газа. Газ закачивается в свободный объем топливных баков. Свободный объем — часть объема бака, не заполненная жидкостью. Системы АСГ прямого расширения обеспечивают автоматическое снижение давления подачи компонентов топлива, а следовательно, их расхода и тяги, развиваемой ЖРД по времени.
Благодаря 1 2. В 4 В этому можно путем соответствующего подбора дроссельных шайб и начального давления в аккумулято- В ре получить заранее заданный закон изменения перегрузок, действующих 7 иа ЛА в полете. Системы АСГ прямого расширения используются также для вспомогательных целей, например для обеспечения запуска В ЖРД (см. рис.
13.25). Системы АСГ с подо- 9 г р е в о м. Характеристики ВПТ улучшаются с увеличением температуры газа. Подвод теплоты к газу можно осуществлять как непосредственно в АСГ, так и во внутренних объемах топливных баков. Рис. 13.4. Схема системы АСГ с Системы с подогревом газа делят- подогйе'ом с Раамещением а«кУ- мулятора газа в баке с криогенся на системы с непрерывным и импульсным подоГреВом. В системах с 1 — дренажный иран; 2 — реле давленепрерывным подзуГреВом теплоту нив; 8 — Рассеивающее УстРойс~во; !в мембранный кдапа»; 8 — обратный кла- ПОДВОДЯТ НЕПРЕРЫВНО, ПРИ ПОСТОЯН- пан; 6 — топливный бак; 7 — камера н т т о подогрева газа; 8 — аккумулятор гава ОМ ДаВЛЕНИИ ГаЗа. Па РИС.
13,3 со сжижеиным газом; 9 — редуитор 455 5' Г! ! 42 Ра приведена схема КРД и АСГ, в которой непрерывный подогрев выполняется за счет сжигания кислорода воздуха с жидким горючим. Применение подогрева позволяет использовать в аккумуляторах давления сжиженные газы, благодаря чему можно существенно снизить массу и объем аккумулятора (рис. 13.4). В системах с импульса) ным подогревом осущестра вляется периодический (им- я пульсный) подвод теплоты Рб! 4Ьес„, к газу, находящемуся в аккумуляторе давления, или топливном баке. На рис.
13.5, а приведена эпю44 т, 44 т Ра ВЫТЕСНЕНИЯ (ЗаВИСИ- мость изменения давления рб рб! в топливных баках по времени) при импульсном подводе теплоты к газу, наро ходящемуся в аккумуляторе, применительно к АСГ прямого расширения и АСГ с редуктором. В системах Рис 13.3 Эпюры вытеснения систем с им- АСГ~ использующих ноли- пульсным подогревом газа: тропическое расширение а подогрев газа в АСГ! б — подогрев газа в топ- ГЗЗЗ В ТОПЛИВНЫХ баКЗХ, ливиык баках; и — давление в аккумулатоое; Раг МОжЕт бмтъ ИСПОЛЬЗОВак давление в топлявных баках в системе АСГ с дрос.
селем, рз — давление в топливных баках в системе ПРИНЦИП ИМПУЛЬСНОГО ПО АсГ с редуктором! щ тз — моменты включения нм- догрева с тем отличием, нульсного подогрева что теплота подводится непосредственно к газу, находящемуся в топливных баках (рис. 13.5, б). Системы с жидкостным газогенератором. В )КГГ газ вырабатывается из жидких компонентов топлива путем их испарения, химического разложения или сжигания.
В первом случае )КГГ называется исиа17итедьнмм, во втором однокомаонентным и в третьем — двухкомионентнь2м. Рассмотрим схемы и характерные особенности ВПТ, основанные на перечисленных типах 7КГГ. Испаритольнмй ЖГГ. В испарительном )КГГ продукты газогенерации получают путем испарения жидкостей, обладающих при заданной температуре давлением насыщенных паров, равным или превышающим давление подачи топлива. )Кидкости испаряются в теплообменнике, который и является собственно испарительным УКГГ.
В качестве газифицируемого вещества могут быть использованы как основные компоненты топлива )КРД, так и другие специально подбираемые жидкости. На рис. 13.6 приведена схема испарительной системы, использующей для генерации газа вещество, обладающее достаточно большим давлением насыщенных паров, что исключает необходимость дополнительного подогрева.
На рис. 13.7 показана схе- ма, в которой для подогрева газа использована теплота компонента топлива, охлаждающего КС. Самовь4тесняющие системы. Разновидностью испарительного ЖГГ являются системы„в которых подача осуществляется под действием упругих паров топлива, находящегося в топливных баках. Такие системы называются самоватесняющими. Этот метод подачи может быть применен при использовании топлив, обладающих достаточно высоким давлением насыщенных паров в заданном температурном диапазоне эксплуатации двигателя. Если давление паров топлива недостаточно для получения необходимого давления подачи, то в схему могут быть введены элементы, обеспечивающие дополнительный подогрев топлива (по типу испарительного ЖГГ).
Самовытесняющие системы прос- 7 ты и надежны. Наиболее благопри 5 4 3 Рис. 13.7. Схема ЖРД с нытесиительной подачей топлива (испарительный ЖГГ): 1 — пусковой подогреватель; 2 — теплообмениик;  — клапан аварийного сброса давления; 4 — испаригельиый ЖГГг  — «папан запуска и огилючеаия; 6— реле давления; 7 — дренажный кран:  — обратный клапан: 9 — мембранный клапан; 10 — крам заправии топлива; Ы вЂ” сепаратор газа; 12 — регулятор давления подачи; 12 — линн» теплоносителя; 14 — командная линия давле- ния Рис.
!Злв Схема вытесиительной подачи с испарительиым ЖГГ: ! — топливный бак; 2 — устройство, исключающее возможность попадания жидкого рабочего тела в коммуникации наддува;  — жидкое рабочее тело системы вытеснеияя; 4 — вспарвтельный ЖГГ:  †дренажн клананг б— реле давления; 7 — предохранительный клапан, совмещенный с клапаном сброса давления;  — клапан принудитель. ного открытия; 9 — обратный клапан не- КС. ори- комтеля. Рис. 13.8. Схема с самонытеснениетк 1 — реле давленая; 2 — бак окислителя; 8 — бак горючего; 4 — зластячиая перегородка; 6 — корпус; 6 — блок пусковык кра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
