Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 14
Текст из файла (страница 14)
3.4. УПРАВЛЕНИЕ ВЕКТОРОМ ТЯГИ Для управления ЛА в полете двигатель имеет систему управления вектором тяги (УВТ). Система УВТ должна создавать относительно центра масс ЛА три момента: курса, тангажа и крена. Эти моменты можно создавать разными путями, выбор которых определяется требуемыми значениями моментов, а также принципиальной и конструктивной схемой двигателя. Наиболее распространенные схемы УВТ следующие.
Двигатель одноквмериый. Система УВТ здесь может быть в трех вариантах (рис. 3.14). 1) основная камера — неподвижная; УВТ осуществляется четырьмя 61 60 Рис. 3.13. Бустерный ТНА, установленный непосредственно перед входом в основной ТНА: 1 БТНА; 2 — основной ТНА; 3 — газовод отработанного генераюрного газа е смесительную головку камеры; 4 — отбор генераторного газа на привод БТНА; 5— рулевое сопло "крана" Рнс. 3.14.
Схемм создания управляющих моментов сястемой УВТ при однокамерном двигателе: а — основная камера — неподвижная, УВТ осуществляется четырьмя поворотными соплами нли специальными рулевыми камерами; б — основная камера — неподвижная, УВТ осуществляется восемью неподвижными соплами; в — основная камера установлена на карданном подвесе; г— перераспределение расхода газа; 1— основная камера; 2 — рулевые сопла; 3 — карданный поднес камеры; 4— клапаны, перераспредсляющие расход газа поворотными соплами, работающими на отработанном в ТНА генераторном газе (рис. 3.14, а) .
Эта схема легко обеспечивает получение всех трех моментов. Однако вследствие небольшой тяги реактивных сопел эта схема пригодна для управления только верхних ступеней РН, работающих практически в безвоздушном пространстве, и космических кораблей.
Если при такой схеме двигателп требуются большие моменты, например, для управления полетом первой ступени РН, то вместо поворотных сопел надо установить поворотные рулевые камеры. Последние работают на тех же компонентах, что и основная камера и могут питаться от основного ТНА. Поворачиваясь в специальных узлах крепления на угол до 45, они могут создавать значительные управляющие моменты; 2) основная камера — также неподвижная, но УВТ осуществлншся восемью неподвижными соплами, работающими также на отработанном генераторном газе (см. рис. 3,14, б, г) . Управлятощие моменты создаются путем перераспределение расхода генераторного газа между различными соплами.
Эта схема также пригодна только для верхних ступеней РН и космических кораблей; 3) основная камера устанавливается на карданном подвесе (рис. 3.14, в). Такая камера„поворачиваясь в двух плоскостях, обеспечивает два наиболее значительных момента — курса и тангажа. Для управления креном, момент которого может быгьзначительноменьшим,чем два дру. тих, вполне достаточно двухметьтрех сопел, работающих на генераторном газе.
Вследствие того, что два главных момента здесь обеспечиваются тягой основной камеры, эта схема вполне пригодна и для первой ступени РН. Двигатель миогокамериый. В зависимости от числа камер схемы получения управляющих моментов могут быть разными (рнс. 3.15). Однако в любом сттучае эти схемы позволяют создавать все три управляющих момента, причем, значительной величины и наиболее просто. Это обстоятельство является важным аргументом в пользу многокамерных схем двигателей. Вариантами схем УВТ являются: 1) четыре основные камеры, закрепленные в подвеске, позволяющей их качание на угол до 8 ... 10 в одной плоскости, Это "классическая" схема двигателя, спроектированная с учетом системы УВТ (рис.
33 5, а); 2) плтикамерная блочная. Четыре боковых двигателя, как и в предыдущем случае, поворэтные, а центральный — неподвижный. Это схема двигательной установки первой ступени РН "Сатурн.5" (рис. 3.15, б); 3) восьмикамерная блочная. Четыре боковых цвигателя — поворотные, а четыре внутренних — неподвижные. Это схема двигательной установки первой ступени РН "Сатурн" 1В" (рис. 3.15, в) . Многокамерная двигательная установка со специальными рулевыми камерами. На рис. 3.15, г показана схема УВТ двигательной установки первой ступени РН "Восток" и его модификаций.
Ракетоноситель состо- Рве. 3.13. Схемы создания управляющих моментов системой УВТ ира миотокамерных двитатепяхт — четыре основные камеры установсиы на опорах, позволяющих им качаться а одной плоскости; б пять камер, из которых централь. ая неподвижная, четыре боковых качаются а одной плоскости каждая; восемь камер, из них четыре еитральныс нсподанжныс, четыре боковые качаются; г — оссма УВТ РН "Восток"; 1 — основная камера; — рулевые дантатслн ит из четырех боковых и центрального блоков.
Каждый блок снабжен четырехкамериыми двигателями. Управляющие моменты создаются поворотными рулевыми камерами, которые питаются от основных ТНА: на боковых блоках установлено по две рулевые камеры с внешней стороны, а на центральном блоке, который после отделения боковых блоков становится второй ступенью, установлено четыре рулевые камеры по одной с каждом стороны. Вопросы для самопроверки 1. Какие функции выполняет авто мшика давгатепя? 2.
Назовите составные часпт двнтатешт, казарме относятся к автомашкс. 3. Как можно регУлировать тягу двигатеая? 4. Как можно регулировать соотношение компонмпов двигателя? 5. Чем вызвана необходимость нющува бакоа7 6. Какие имеются схемы наддУва баков? 7. Перечислите достоинства и недостатки систем подачи с бустсрными насосами. 8.
Какие имеются системы упраилмшя векюром тшн. 7 62 63 Глава 4 ЗАПУСКИОСТАНОВ ЖРД 4.1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАПУСКУ И ОСТАНОВУ. ЭТАПЫ ЗАПУСКА И ОСТАНОВА Запуск и останов ЖРД вЂ” ответственные и сложные режимы работы. Это связано с тем, что в этот период большинство систем двигателя работает на нестационарных режимах: включаются и выключаются многочисленные клапаны, возникают гидравлические удары и вибрации; при запуске происходит раскрутка ТНА и нарастание давления подачи; начинается посту1щение компонентов в камеру и ЖГГ и их горение. При останове прекращается поступление компонентов в камеру и ЖГГ, опорожняются полости за отсечными клапанами. Начало горения при запуске и догорание при останове часто происходят прн неуправляемом изменении соотношения компонентов как по сечению смесительной головки, так и в среднем по камере.
Это может приводить к возникновению колебаний давления, хлопкам и сильным вибрациям конструкции, При запуске (а также и при останове) может быть так называемый заброс давления в камере выше его номинального значения, т.е. возникает перегрузка. При останове (а также при запуске) могут возникнуть моменты, при которых возможны опасные раскрутки ТНА, повышение местных давлений и температур выше их номинальных значений. Все эти явления при неблагоприятных их сочетаниях приводят к разрушению двигателя.
Как показывает опыт, многие неполадки и аварии возникают на режиме запуска, меньше — на режиме осганова. Поэтому отладка запуска и осталова двигателя — большая и сложная часть работы при создании нового двигатели. Запуск, Запуск характеризуется несколькими параметрами. Одним из них является время запуска — время с момента подачи команды на запуск и до выхода на расчетный режим; обычно оно составляет 0,8...0,9 номинального давления на этом режиме. У современных "полноразмерных" ЖРД оно равно 0,8...5 с. Другими важными параметрами запуска являются темп набора давления (г/р ./г/г), и перегрузка л = (р„ /р ~).
Оба эти параметра определяют "жесткость" запуска, т.е. характер нарастания инерционных перегрузок, определяющих прочность как элементов конструкции двигателя, так и ЛА в целом. При нормальном или "мягком" запуске обычно фр„фг)„. = 15...20 МПа/с и и = 1,О. Если (с/рк /г/г)с„= 25...30 МПа/с и л = 1,15.„1,20, имеет место "жесткий*' запуск, который не всегда допустим. На 1аконец, важнои характеристикой запуска является количество расходуемого топлива ЬМз из баков ЛА за период запуска. У современных двигателей это значение должно быть в пределах ЙМз < (0,3...0,4) т . 64 3 — 1758 65 Эти параметры строго оговариваются в технических условиях на проектирование двигателя.
В общем случае запуск ЖРД можно представить в виде трех последовательных этапов. 1. Подготовка к запуску, состоящая из следующих операций: а) включение предварительного наддува баков; б) заполнение жидкими компонентами трубопроводов до насосов и полостей самих насосов. При криогенных компонентах этой операции предшествует захолаживание этих трубопроводов и полостей; в) включение продувки трубопроводов за главными клюганами на линиях окислителя и горючего, волостей камеры и ЖГГ инертным газом— азотом или гелием. 2.
Включение системы подачи компонентов — ТНА, состоящее из следующих олераций: а) раскрутка ТНА; б) включение в работу ЖГГ; в) открытие главных клапанов на линиях подачи окислителя и горючего в камеру. Открытие главных клапанов и клапанов подачи компонентов в ЖГГ может происходить не одновременно. Этим обеспечивается строго установленная для каждого цвигателя последовательность поступления окислителя и горючего в камеру сгорания и ЖГГ или так называемое опережение компонентов. 3. Включение камеры двигателя — собственно запуск, состоящий из следующих операций: а) заполнение компонентами трубопроводов и полостей камеры за отсечными клапанами и поступление через форсунки смесительной головки в камеру сгорания с определенным опережением одного по отношению к другому; б) включение зажигания, в результате чего происходит воспламенение компонентов и распространение пламени по камере; при этом начинает повышаться давление в камере сгорания и последовательно устанавливаются промежуточный и основной режимы работы камеры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
