Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 96
Текст из файла (страница 96)
рис. 13.3). Метод регулирования путем изменения давления ко понентов топлива конструктивно прост, обеспечивает высокую н дежность и оперативность регулирования. Основным его недоста ком является то, что при значительных отклонениях от расчетна перепада давления на форсунках ухудшается смесеобразоваиие КС и ЖГГ, что вызывает ряд нежелательных явлений в работе дв гателя, например неустойчивость процесса сгорания. Поэтому таким способом может быть обеспечено лишь регулирование в относительно узком диапазоне тяг.
В случае необходимости более глубокого регулирования изменение расхода компонентов топлива обеспечивается путем отключения подачи топлива к части форсунок КС. Этот метод конструктивно более сложен, чем предыдущий. Его преимущество— возможность сохранения минимально необходимого для эффективного смесеобразования перепада давления на форсунках при значительном уменьшении тяги. В многокамерных ЖРД регулирование тяги может осуществляться путем отключения одной или нескольких камер сгорания. Возможен также метод регулирования тяги путем насыщения компонентов топлива газом (аэрации). При аэрации уменьшаются плотность и массовый расход компонентов топлива, поступающих в КС или ЖГГ при неизменном перепаде давления на форсунках.
Этим методом может быть обеспечено очень глубокое регулирование тяги (свыше чем 10: 1). Для аэрации могут быть использованы инертные газы (гелий и азот) или продукты, получаемые при газификации в испарительном или двухкомпонентном ЖГГ компонента топлива, подвергающегося аэрации. Система синхронного опорожнения баков (СОБ). Система'СОБ предназначена для обеспечения минимальных остатков компонентов топлива в топливных баках. Системы СОБ регулируют расход компонентов топлива двумя методами: путем поддержания постоянного массового соотношения компонентов топлива, отбираемых из топливных баков, и с помощью контроля количества (уровня) жидкости в топливных баках. В системах СОБ, поддерживающих постоянство массового соотношения компонентов топлива, на топливных магистралях устанавливаются датчики, регистрирующие текущий массовый расход компонентов топлива.
Показания датчиков сравниваются в управляющем приборе с заданным значением массового соотношения компонентов. Сигнал рассогласовывания передается на исполнительный механизм (регулятор соотношения компонентов), корректирующий массовый расход одного из компонентов топлива путем изменения гидравлического сопротивления (дросселирования) соответствующей магистрали. Обычно исполнительный механизм устанавливается на магистрали горючего, так как расход горючего меньше, чем окислителя, что обеспечивает меньшие энергетические потери на дросселирование, меньшие габаритные размеры и массу исполнительного механизма.
Соответствующие схемы приведены на рис. 13.16; 13.21; 13.17 и 13.25. В системах СОБ, контролирующих количество компонентов топлива в баках, датчики устанавливаются непосредственно во внутреннем объеме бака и контролируют интегральное количество оставшегося компонента топлива. Показания датчиков обрабатываются в управляющем приборе из условия обеспечения наиболее полной одновременной выработки компонентов топлива. Сигнал, вырабатываемый управляющим прибором, поступает на Регулятор расхода компонентов.
При такой схеме регулирования ~озможно отклонение от оптимального массового соотношения ком- 16 — Ы42 481 понентов топлива, поступающих в КС, а следовательно, и изменение тяги, развиваемой двигателем, Поэтому системы СОВ, работающие по принципу контроля количества топливных компонентов топлива в баках, должны работать совместно с системой РКС. Действительй но, пусть двигатель работает на расчетном (оптимальном) массовом соотношении компонентов топлива и датчики зафиксировали увеличение против расчетного количества топлива в баке окислителя. В этом случае управляющий прибор выдает на исполнительный механизм команду на уменьшение расхода горючего (если исполнительный механизм установлен на магистрали горючего) или увеличение расхода окислителя (если исполнительный механизм установлен на магистрали окислителя).
При этом количество и массовое соотношение компонентов топлива, поступающих в КС, изменяется, что приводит к из. менению тяги и необходимости ее соответствующей корректировки. эластичные мешки или оболочки (см. рис. 13.2), диафрагмы или силь фоны (рис. 13.26, а), поршни с различной конфигурацией (рис. 13.26,6).
К недостаткам систем с механическим разделением следует отнести ограничения по геометрии бака (должны быть исключены«тупиковые» зоны, из которых вытесняющий элемент не может подать топливо к заборному устройству) и сложность подбора материала для разделяющего элемента (должны быть согласованы требования эластич- г й 13,7. СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКИХ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ К ЖРД, эксплуатируемым в условиях космического полета, предьявляется ряд специфических требований, определяющих существенные отличия этих двигателей от других типов ЖРД. Основные наиболее характерные отличия — запуск и отключение в широком диапазоне изменения температур; в условиях вакуума и невесомости; длительное пребывание в состоянии предстартовой готовности; большой ресурс как по суммарному времени работы, так и по количеству запусков; высокая надежность и безопасность. Для удовлетворения этих требований в конструкцию космических ЖРД вводят ряд специальных узлов и агрегатов.
Одним из важнейших требований, предъявляемых к системе питания космического ЛА, является подача жидкого топлива к заборному устройству в топливных баках в условиях инерционного полета. Практически эта задача сводится к требованию предотвращения попадания газа из баков в топливные коммуникации двигателя при запуске и во время работы ЖРД. Это требование в простейшем случае может быть удовлетворено путем придания ЛА осевых перегрузок, В этом случае жидкость под действием инерционных сил будет сосредоточиваться в определенных зонах бака, где должны быть расположены заборные устройства. Однако при больших размерах и массах ЛА такой способ нерентабелен и более простым решением становится ис-' пользование устройств, предназначенных для разделения жидкой и газовой фаз, к которым относятся: устройства с механическим разделением фаз, инерционные разделительные устройства, струйные насосы, устройства с капиллярным отбором топлива, электрофорезные устройства и др.
Одним из средств предотвращения попадания газа в топливные магистрали является использование тиксотропных топлив. Устройства с механическим разделением фаз. Принцип действия этих устройств основан на том, что между газом и жидкостью, находящимися в топливном баке, имеются разделяющие их промежутой-1 ные элементы. В качестве таких элементов могут быть использованы' 482 Рис. 13.26.
Устройства с механическим разделением фаз: 2 — топливный бак; 2 — снльфон; 2 — диафрагма; 4 — ооршень; à — подача газа; Ж— отбор топлива 16"' Рис. 13 27. Инерционная центробежная сепарация топлива в баке: у — коллектор турбины; 2— центростремнтельнан турбн на 3, 4 — днскн с лопатка.
мн, А — подвод рабочего тела турбины;  — отбор газа;  — отбор жндкога топлива Рис. 13 28. Схема гидравлического парожидкостного центробежного сепара- тора: А — отвод газа: и — подзол газожндкостной фазы;  — отвод жидкого топлива (подвод газо. жидкостной фазы н отвод жнд«ого топлива выполнены тангенцнально к внутренней по. верхностн сепаратора! ности, минимальной проницаемости н совместимости с вытесняемым компонентом топлива). Эластичные мешки, диафрагмы и сильфоны изготавливают из армированной полимерной пленки, которая имеет недостаточную стойкость при контакте с топливом.
Для устранения этого недостатка используют металлические диафрагмы и сильфоны, однако применение металла ограничивается его усталостной проч- ностью и соответственно малым количеством повторных циклов опорожнения и заполнения баков. Недостатком поршневых устройств является необходимость достаточно точной калибровки внутреннего диаметра бака, нужной для обеспечения герметичности зазора поршень — стенки баков, это вызывает необходимость повышения жесткости стенок бака, что приводит к увеличению е массы. Инерционные разделительные устройства.
К, таким устройствам относятся системы, обеспечивающие воздействие 'на жидкость инер. ционных сил, способствующих разделению газовой и жидкостной фаз. Инерционные силы можно создать за счет вращательного движения или ускоренного линейного перемещения жидкости. Величину и длительйость воздействия инерционных сил выбирают таким образом,' чтобы обеспечить переход жидкости из стабильного состояния, хэ.
484 Рис. 13.29. Схема механического парожидкостного центробежного сепаратора: 1 — сопловой коллектор; 2 — центростремительная турбина; 3 — корпус сепаратора, 4 — отверстия для отбора жидкости; 5 — газовый пузырь»; 6 — диск с лопаткамн; 7— дренажная труба; 3 — отверстие лля отбора газа; У вЂ” подшипник; 16 — камера подогрева газа; А— отбор жидкого топлива, Б — подвод газожндкостной фазы;  — отбор газа Рис. 13.30. Схема насоса с центробежной газовой сепарацией с помо/пью импеллера: 1 — осевой предвключеиный иа. сос; 2 — корпус; 3 — насос топ.
лина', 4 — газовый импеллер: А — сброс гааовой фазы в бак;  — поступление топлива из бака; Б — отвод жидкого топлива; à — жидкость; Л вЂ” газ 7 4 б 14 /Х /4 Рнс. 13.31. Схема ЖРД с многократным инерционным запуском: 1 — камера сгорания; 2 — аккумулятор гоРючего; 3 — мембрана; 4 — газовый обРатный клапан; 6 — пневмоклапаи двойного действия; 6 — бак горючего; 7 — клапан сброса давления; а — реле наличия жидкой фазы; У вЂ” реле давления; 10 — бак окислителя; П вЂ” редуктор; 12 — АСГ; 13 — пусковой клапан: и †жидкостн обратный клапан; М вЂ” аккумулятор сжатого газа; 16— регулятор тяги рактерного для превалирующего влияния межмолекулярных сил, в стабильное состояние, характерное для воздействия инерционных сил.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
