Волков Е.Б., Мазинг Г.Ю., Шишкин Ю.Н. - Ракетные двигатели на комбинированном топливе (1048762), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Многие из этих недостатков отражаются не только на самой ракете. но и на всем ракетном комплексе. Кроме того, в силу специфических особенностей схемы п рабочего процесса ЖРД отработка этих двигателей, особенно двигателей с высокими параметрами и очень оолыпой силой тяги, затруднена и может потребовать болыпнх затрат средств и времени. И, наконец, недостатком ЖРД является относительно низкая плотность топлив, применяемых в этих двигателях, — особенно в случае использования жидкого водорода в качестве горючего.
Низкая плотность топлива ведет к увелпчешпо габаритов ракеты. К дастсшнствам двигателей, работающих на твердых топливах (РДТТ), следует отнести; а) простоту устройства и эксплуатации; возможность упрощения (по срапнепсно с ЖРД) комплекса, используемого для применения ракеты; б) болыпую плотность топлив; в) возможность длительного хранения двигателей в состояшси готовности к пуску и быстрого запуска дввгателя. Кроме того, по результа~ам, достигнутым за рубежом в области отработки РДТТ, можно предполагать, что к достоинствам РДТТ следует отнести и возможность получения в одном блоке очень больших значений силы тяга.
Наряду с отмеченными достоинствами, РДТТ обладают и заметными недостатками, к которым относятся: а) относительно низкое значение удельного импульса. Этот недостаток РДТТ объясняется тем, что компоненты топлива, которые могли бы дать большой удельный импульс, в одном твердом веществе трудно совместимы; б) в РДТТ крайне трудно осуществить регулирование силы тяги по величине и многократное выключение и включение двигателя. Конструктивные усложнения двигателя, которые необходимы при этом, столь велики, что в подавляющем большинстве случаев регулирование силы тяги и многократное включение РДТТ считают нецелесообразными; в) значительная стоимость многих твердых топлив; г) значительные трудности, связанныс с перевозкой снаряженных двигателей большой силы тяги, илн жс необходимость усложнения комплекса н эксплуатации ракеты в случае снаряжения нх на месте применения; д) чувствительность РДТТ к внешним условиям; дефекты заряда в ннх (трещингя) могут прнвести к авариям и срыву пуска ракеты, а обнаружить дефекты трудно.
Таким образом, и жидкостные двигатели, и двигатели, работающие па твердом топливе, наряду с достоинствами обладасот и определенными недостатками. Двигатели обоих рассмотренных типов непрерывно соверспенствукзтся и некоторые нх качества могут быть улучшены. Однако, вместе с тем, многие пз отмсченны".с выше недостатков этих двигателей нельзя устранить полностью, они связаны с использованием в двигателях только жидкого ыли только твердого компонентов топлива.
В связи с этим понятен интерес, проявляюппсйся в последние годы к двигателям, топливо которых состоит из веществ разного агрегатного состояния (жидких и твердых). Такие двигатели принято называть гибридными ракетньсми двигателями ('П'Л). Гибридныс ракетные двигатели исследованы значительно мопсе полно, чем жидкостные двигатели и двигатели, работаю- щие па твердом топливе. Однако анализ схем и особенностей двигателей этого типа позволяет с большой долек уверсшюстп заключить, 'по: а) топлива гибридных ракетных двкгателей дают возможносзь достичь зпачспнй удельного импульса, превышавших его значения для РДТТ и прнолижающихся к значсшшм удельного импульса для лучцшх ЖРД; прн этом плотность топлив ГРД значительно превосходит плотность топлив, состоящих только из жидких компонентов, а стоимость топлив ГРД может бьг1ь очень низкой; о) палнчпс в топливе ГРД жидкого компгзнепта предосзанляет значительно большие, чем существуют в РДТТ, возможности по отработке регулпрова~ия силы тяги, многократного включения и выключения двигателя, а также охлаждения его камеры; в) характеристики ГРД по массе пе будут уступать при соответствуюшей отработке этих двш атслей ха)закт~ )зпстикам по массе двигателей на жидких или твердых топливах; г) эксплуатационные характеристики ракет пли других лезательпых аппаратов с ГРД хотя и будут уступать соответствующим характеристикам ракет с РДТТ, но будут лучшими, чем в случае использования на этих ракетах и аппаратах двигателей, работавших тгтлько на жидких топливах.
Все эти качества ГРД делают возможным их применение па ракетах и летательных аппаратах самых различных классов и назначений, и в том числе, на боевых и космических ракетах, Кроме двигателей, работающих па твердо-жидких компонентах топлива (ГРД), в качестве возможного нового типа РД на химических источниках энергии могут рассматрива~ься и двигатели с двумя раздельными зарядами твердого топлива, один из которых содержит избыток окислителя, а др)той — избьпок горючего. Такой двигатель называют РДТТ раздельного снарялкения (РДТТ РС), или РДТТ с разделенными компонентами топлива РДТТ раздельного свари>кения и гибридные ракстныс двигатели объед1шяются в класс комбинированных рак~тных двигателей (КРД), или ракетных двигателей на колгбинированном топливе. Глава ! ОВЩИЕ СВЕДЕНИЯ г) КОМБИНИРОВАННЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ !.
!. РАБОЧИЙ ЛРОЛЕСС КРД 1. 1. 1. Рабочий процесс ГРД Одна из возможных схем двигателя, работа)ошсго на )вердожидких компонентах топлива (ГРД), приведена па рнс. 1.1. Лвпгатель вкгиочает в себя камеру 1 с заря;н)м 2 твердого компонепта )Оплива н форсуиочиоп головкой 1; бак 6 с жпдквм компонентах! топлива; баллон 8 со сжагым газом; клапаны 4 п 7; редуктор давления 6, Элементы 4 — 8 образуют систему хранения и полли жидкого компонента.
Твсрдьш и жидк)гй компоненты топлива подбирают так, чтобы один пз ппх содсржы в избытке горючие элементы (углерод, водород и т, д.), а другой--окнсляюшие элементы (кислород, фтор, хлор). Эти компоие)ггы пазыва)отса соответственно горючим п акис!и)тслсз). Заряд твердого компонента может иметь различную форму. На рис. 1. 1 показан заряд, изготовленный в виде одноканальной цилиндрической шашки. В м)м)сит включения ГРД открывается клапан 7 и сжатый газ через рс:)укгор 6 под определенным давлением поступает в бак. После открьпня клапана 4 жидкий компонент. Пыгесиясмь)й из бака га~ом, проходит к форсун)ни)о)! головк!. 8 камеры.
О помощью форсунок жидкий компонент дробится на струи и капл! и направляется в каны заряда твердого компонента. Твердый коз)попент воспламеняется; газы, образуюпи)сея на его поверхности, смешивак)тся в канале заряда с жидким компонентом. Смесь гор)очего н окисгп)геля с)орает, продукты сгорания поступают к соплу и истекя)от через него. На стационарном ре.киме работы расход топлива Оа (суммарный расход жидкого и твердого компонентов — - О,, и Г),) равен расходу газов через сопла, п в камере поддерживается определенное давление р„.
Как видно пз описаиня пршшнпа действия ГРД, рабочий процесс и схема этого двигателя имеют неко!орые общие черты цпп процесса горепня н в составе этнх топлив. Как известно, твердое топливо РДТТ содержит в своем составе н горючпс, и окпсляющпе вещества, в результате чего реакцнн взанмодействпя горгочсго н окнслнтеля начинаются уже в твердой фазе и заканчпваются в слое газа, нспосредственно примыкающем к повсрхностн топлива.
В ГРД твердая часть топлива чаще всего состоит только нз горк!чего нлн только нз окнслптеля, н поэтому для топлива двигателей э!ого типа на:пшнс реакций, ндущвх в твердой фазе, не характерно, Ь!и1кий коггоонеиго .1ооУоекие ко киоои Георг)о!и кокгоокекго Продуктов! Сгорания 1оис, 1.2. Схема горения твердокжиаиого тоидиаа Твердый компонент прогревается теплом, поступающим нз зоны горепця. Прн достижения на поверхности твердого компо.
пента определенной температуры начинается его газнфнкапня. В завнспмогтп от состава твердого компонента процесс газнфнкацнн мОжет происходить по-разному. (отот процесс ыоткет пред ставлять собой плавленпе с последующим пспарснвсм жидкоЙ фазы, сублнмацпю (переход вещества нз твердого состоянпя в газообразное без промежуточного превращспня в 'кндкость) илн ппролнз (хнмнчсское разложснне с образованием газообразных Всцтсгтв). Г)рпдукты газификацнп поступа!О! В капач заряда и, смешиваясь здесь с другим компонентом, образуют смесь, в которой н происходят экзотермпчсскнс реакции окпслеппя.
Если пош!Мать (как это пошм!шот, например, в ЖРЛ) пол процессом горения топ;шва во!о совокупность процессов В камере, првводя!Пую к образованпю газообразных продуктов, нстекагощих пз сопла камеры, то следует прежде всего отметить, что процесс гореппя в ГРД является крайне сложным. Для того чтобы составить схему процесса горешгя в ГРД, сон!дуст учесть дополннтсльно и ТО, что жидкий компонент всту- 11 паст в процессы окислсиия также В газообразном виде, т. с. Нрсдваригельпо испарившись.
На рис. К 2 приведена схема горения )вердо-жидкого топлива в ГРД. Поскольку сами реакции окисления происходят в газовои фазе, имеющей достатоп!о высокую температуру, этп реакции идут весьма быстро, и определяющими для времени протекания юрепия являются процессы подготовки горючей смеси. Такое горение получило название диффузиоппого. Как и в ЖРД, количество тепла. выделяющегося в рсзульта>е горения топлива, и, следовательно, эффсктивнссгь использовапия эперпш, запасенной в топливе, зависят в ГРД о! соогпоше. пия расходов компонентов при пх сжигании, В связи с этим крайне важно осуществить горение топлива при задаипом соотН01иснии сго ков!попснтов. Осиовпым услОВисм для этого ВВг!Нстся обеспечение хорошего смссеобразовапия в камере, что достигается соответствующей работой устройств, распылпвающпх жидкий ко»1поиепт и определяющих характер движения смеси в каиале заряда.
Чем а!С,чвпш !>)дет распыл ж!юного топлива и чем интенсивнее станет осуществляться его псрсмешивапис с продуктами газификации твердого комиопента, тем лучше будет проходить процесс горения в камере и тем полисе будет сгорание топлива, Из сказашюго выше о характере горения твердо-жидких топлив можно закл)очить прежде всего, что в примспеиин к твердому компоненту правильнее испг>льзовать Ве терм!шы «горспие)) и «скорость горения», а термины «газификация)) и «скорость газификация» ':.
Кроме того, можно заклю ппь, что определяющими факторами для скорости газификации должиы быть факт!>р!1, Влив!Ощис иа иптснсявиость п~двод~ тепла и поверхности твердого компопспта, а также теплофиз)шсскпе характеристики самого твердого компонента. Тепло пз зоны гореипя передается к поиерхпости твердого компоиеита посредством конвскцпи и излучеипя. Процесс тсплоперсда»п! кр)айпс сли!сен, Одпако можно с дОстаточной хвсрсппостыо назвать тс факторы, которые болыпе других влияют па интсиспвпость тсплопередачи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
