Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 97
Текст из файла (страница 97)
На рис. 13.27; 13.28; 13.29; 13.30 представлены схемы систем, обеспечивающих сепарацию газа под воздействием центробежных сил (центробежный сепаратор). Принцип действия этих систем ясен из рисунков. Основной недостаток инерционных разделительных устройств с центробежной сепарацией — большие затраты энергии на вращение топлива. С целью уменьшения этих затрат можно приводить во вращение не все топливо, а только его часть, необходимую для обеспечения переходного процесса по типу схем, приведенных на рис. 13.28 — 13.30. Помимо центробежных сил локализацию жидкости у заборного уст- и ройства бака можно обеспечить с 9 помощью линейных инерционных 12 сил, возникающих под действием тя- в ги, приложенной к ЛА.
Тяга может создаваться либо за счет пусковых ЖРД, обладающих возможностью йу запуска в условиях невесомости, либо а за счет введения в схему основного ЖРД специального пускового контура, обеспечивающего его работу на участке переходного режима— периода времени, необходимого для перемещения жидкости к заборному 4 устройству бака и ее дегазации. Возможный вариант такой схемы приведен на рис. 13.31. Подача топлива в жидкой фазе осуществляется путем механического разделения фаз с помощью мембраны, находящейся внутри аккумулятора.
Система работает 3 /б по накопительному принципу и обеспечивает многократный запуск двигателя. Струйные насосы. Использование струйных насосов исключает возможность кавитации при попадании в насос парожидкостной смеси. На выходе из струйных насосов возможно отделение газа, например, с помощью механических или гидравлических сепараторов. Вследствие низких КПД струйные насосы рационально использовать при относительно небольших давлениях в КС, что, однако, ие являетея существенным недостатком применительно к космическим ЖРД, так как необходимый удельный импульс может быть обеспечен путем увеличения степени расширения сопла. Устройства с капилляриым отбором топлива (КОТ), Принцип действия устройств КОТ основан на принудительном удержании жидкого топлива в капиллярах (порах, ячейках), обусловливаемом наличием адгезионных сил между стенками капилляров и жидкостью.
Основной узел КОТ вЂ” капиллярное устройство фазоразделения— представляет собой многоканальную или сетчатую перегородку (раз. делитель), установленную во внутреннем объеме топливного бака или на выходе из него. Эффективность КОТ, определяющаяся в первую очередь удержи-. вающей способностью разделителя, характеризуется способностью разделителя удерживать жидкость, перемещающуюся под действи. ем возмущающих сил.
Удерживающая способность зависит от смачиваемости материала разделителя топливом, коэффициента поверхностного натяжения топлива, размеров капилляров (ячеек сетки) и некоторых других факторов. В зависимости от конструктивного решения различают капиллярные и сетчатые разделители. Капиллярный разделитель представляет собой систему параллельно включенных каналов достаточно малого диаметра (капилляров). Сетчатые разделители изготовляют из одно- или многослойных сеток, ячейки которых можно рассматривать как элементарные капилляры.
Хорошими характеристиками обладают разделители, выполненные из пористых материалов. Основная область использования КОТ в космические ЛА с многократным включением двигателя. Системы КОТ могут быть использованы как для обеспечения пускового режима двигателя (рис. 13,32, а, б), так и для забора топлива из бака при работе двигателя на режиме б) Г Рис.
13.32. Схемы устройств с капилляриым отбором топлива: а — с жестким накопителем; б — с снльфоииым накопителем; е — с отбором топлива при работе Лвигателк на режиме; / — топливный бак; у — накопитель; а — раапелнтель; К вЂ” магистральный кран; 5 — пусковой кран; Ж вЂ” отбор жилкостн зор между которыми уменьшается в направлении к заборному устройству (рис. 13.33). Электрофорезные устройства. Принцип действия этих устройств основан на том, что при воздействии на жидкий диэлектрик неоднородного электростатического поля в объеме диэлектрика возникает массовая сила 1 =- еЕ)2 (где ив диэлектрическая проницаемость жидкости; Е— напряженность поля).
Например, для устойчивого удержания жидкого водорода в определенной части сферического бака диаметром в 2 м достаточно установить в нем веером 13 дисковых электродов с разностью потенциалов между электродами 100 кВ. В цилиндрических баках возможна установка на изоляторах вдоль стенки ву и щелевому каналу о разуемому электродами. Преимущество электрофорезных систем в том, что они могут быть использованы не только перед запуском двигателя или перед перекачкой топлива, но и для длительного удержания его в определенной зоне бака.
Например, для удержания жидкого водорода в центральной части бака, создания теплоизолирующего газового слоя между стенками бака. и жидкостью и сокращения тем самым потерь на испарение. Электрофорезные системы не могут быть использованы для компонентов топлива, обладающих низким удельным электрическим сопротивлением (в противном случае неоправданно большие расходы электроэнергии), и для жидкостей, разлагающйхся в электростатическом поле. Тиксотропиые топлива.
Для обеспечения запуска ЖРД в условиях невесомости можно использовать ракетное топливо, содержащее один или несколько компонентов в желеобразном состоянии, приобретающих текучесть под действием перепада давлений. Такие топлива называют тиксотропныуни. Применение тиксотропных топлив практически исключает возможность их диспергирования в условиях невесомости. При воздействии ускорения или гидростатического давления возникают касательные напряжения, которые переводят топливо в жидкое состояние, и обеспечивают тем самым нормальное течение бака кольцевых ленточных электродов. В этом Рис 13 33 забор случае топливо будет транспортироваться к за- борному устройст о б 487 (рис. 13.32, и). В первом случае система рассчитывается на удержание относительно небольшого количества топлива. Системы второго типа наиболее эффективны для корректирующих, вспомогательных и рулевых ЖРД, а также ЖРД ориентации, работа которых проходит при малых, переменных как по величине, так и по направлению ускорениях.
Разновидностью устройств КОТ являются конструкции, в которых локализация жидкости в определенной части бак обеспечивается установкой в нем набора конических обечаек, за- Г"- образовавшейся жидкости. При снятии касательных напряжений желеобразная структура восстанавливается. Получение топлив, обладающих указанными свойствами, обеспечивается с помощью желе- образующих присадок, в качестве которых можно использовать высококалорийные вещества, не только не снижающие, но и увеличивающие удельный импульс ЖРД. Следует отметить, что помимо рассмотренной выше наиболее сложной и специфической задачи обеспечения запуска в условиях невесомости перед конструктором космических двигателей встает ряд не менее серьезных проблем: выбор конструктивных решений и материалов, обеспечивающих устойчивость к воздействию космических факторов (вакуум, широкий температурный диапазон эксплуатации, значительный градиент изменения температуры во времени, солнечная радиация), выбор оптимального давления в КС, длительное пребывание двигателя в состоянии предстартовой готовности, обеспечение высокой гарантийной надежности и др.
От правильного решения этих прпблем зависит работоспособность двигателя в целом. гллвл и НАСОСНАЯ ПОДАЧА ТОПЛИВА й !4-1. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ЛОПАТОЧНЫХ МАШИН 0 нпагпсгантая устпнпуна я тпнпмпые агрегаты и др. Насосы Т и турбина 2 обычно размещаются в ТНА вдоль одной оси по одновальной схеме (рис. 14.2) или на нескольких валах и кинематически связываются редуктором обо отов. ь » Ф.
Б Ю -О в с в ь» 4» » »»ьь Иь ь »ьь » ь р Одновальная схема ТНА получила наибольшее распространение из-за простоты, малых габаритов и массы. Многозальная система ТНА сложнее, но экономичнее одновальной, так как для каждого из ь» » ь»» х ь » ь »»а » Рис. 14.11Состав агрегатов насосной системы подачи топлива 489 Состав насосной подачи топлива. Широкое распространение в ЖРД получили системы подачи компонентов топлива с помощью насосов, приводимых в движение одной или несколькими газовыми турбинами. Насосы вместе с турбиной объединяются в единый турбонасосный агрегат (ТНА), обеспечивающий подачу топлива в камеры сгорания (КС), ЖГГ и другие агрегаты двигательной установки.
В зависимости от сложности двигательной установки, в насосную систему подачи могут входить несколько различных ТНА и автономных агрегатов (вспомогательные насосы, энергоисточники, регулирующие элементы и др.). Возможный состав агрегатов насосной системы подачи представлен на рис. 14.1. Турбонасосиые агрегаты. Число насосов в ТНА Нпспсная система зависит от количества применяемых в двигателе жидких компонентов (насос окислителя, горючего и т. д.). Кроме того, в состав ТНА могут входить пусковая турбина, редукур пнагесныа тор числа оборотов, пускорегулирующие элементы агрегатов, входящих в ТНА, можно выбрать оптимальную частоту вращения.
По принципу действия насосы делят на три класса: объемные, струйные и лопаточные. Объемные насосы не получили в ЖРД распространения'в качестве основных насосов ТНА, но применяются как агрегаты различных гидросистем ракеты (гидропривод аэродинамических рулей, рулевых камер и т. д.). Струйные насосы просты в исполнении, но имеют низкую 2 экономичность и применяются только в качестве подкачивающих (бустер- Окислиных) насосов. Лопаточные .тель насосы могут работать с большими оборотами, иметь малую массу и габариты, обеспечивать большие расходы и напоры 1 компонентов топлива. Их широко применяют в ЖРД Рнс.
14.2. Сносная схема турбонасос- в качестве основных и рааного агрегата личных специальных насосов. Турбины, применяемые в ТНА, как правило, газовые осевого или радиального типов. Газ, выходя из турбины, может выбрасываться в окружающую среду или направляться в КС двигателя. В первом случае турбину называют авпюном~ой, во втором — предкамеряой. ЖРД с предкамерной турбиной ТНА более экономичен, чем с автономной турбиной. Для запуска турбонасосного агрегата (раскрутки) используют илц основную турбину ТНА, или специальную, дополнительно устанавли- ' ваемую, пусковую. Лопаточные решетки. В ТНА, как правило, применяют лопаточные насосы и турбины, принцип действия которых основан на силовом взаимодействии лопаток с обтекающим их потоком, поэтому далее будет рассмотрена общая для насосов и турбин теория лопаточных машин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
