Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 17
Текст из файла (страница 17)
При запуске двигателя первой ступени РН от наземной системы зто не так важно. Однако прн запуске двигатели от бортовой сети (вторая и последующие ступени) для раскрутки турбины на борту должен быть достаточный запас газа. Если требуется осуществить только один запуск, то это может быть не так обременительно, но при нескольких запусках масса системы газового аккумулятора дпя сжатого газа становится слишком большой. 4.3. ЗАЖИГАНИЕ И ВОСПЛАМЕНЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА Воспламенение компонентов, поступивших в камеру сгорания или ЖГГ, — ответственный момент запуска. Особенно усложняется органиэация воспламенения топлива в двигателях, работающих на несамовоспламеняющихся компонентах. В этих случаях воспламенение обеспечивается предварительным включением зажигания — специального устройства или блока зажигания, которые должны быть в составе таких двигателей, Важным параметром воспламенения является так называемая эацержка воспламенения — зто время г с момента контакта (поступления обоих компонентов в камеру сгорания или ЖГГ) и до начала интенсивного подъема давления (момента распространения пламени по всему объему камеры сгорания).
За это время в камеру сгорания или ЖГГ успевает натечь определенное количество компонентов топлива, которое теперь выгорает, Задержка воспламенения во многом определяет характер запуска: темп набора давления, возможную перегрузку при выходе на режим. Чем меньше время задержки воспламенения, тем меньше успевает натечь в объем камеры сгорания илн ЖГГ компонентов до их воспламенения и тем спокойнее будет характер запуска.
Значение т, зависит от нескольких параметров: химического состава компонентов и их химической активности. Чем химически активнее компоненты, тем меньше время г,; характера смешения поступающих в камеру сгорания первых порций топлива. Чем полнее смепюние и ближе коэффициент избытка окислителя к единице в смеси топлива, тем меньше задержка его воспламенения; времени опережения поступления окислителя и горючего относительно друг друга. При некотором опережении поступления оцного изкомпонентов в камеру сгорания или ЖГГ характер запуска может стать более спокойным; температуры, поступающих первых порций компонентов, а также дав- 74 пения в полости камеры сгорания и ЖГГ в этот момент, Чем меньпю температура и меньше давление, тем больше задержка воспламенения и тем "жестче" характер запуска.
Экспериментальной отработке и строгой регламентации параметров и процессов запуска (опережения поступления окислителя и горючего относительно друг друга), процессам втекания компонентов через форсунки и их первичному перемешиванию, температуре компонентов, давлению в полости камеры сгорания уделяется большое внимание при проектировании и доводке двигателя. При использовании несамовоспламеняющихся компонентов, как уже сказано, их воспламенение производится специальным устройством или блоком зажигания, К настоящему времени разработаны и применяются в эксплуатации много различных схем и способов зажигания несамовоспламеняющихся компонентов.
Рассмотрим некоторые из них, получивших наиболее широкое применение, Химическое зажигание. Имеются две схемы конструктивного выполнения такого зажигания, Первая схема представлена на рис. 4.5, а. Здесь в трубопроводе горючего перед камерой выделен или "врезан" обьем, отделенный прорыв- ными мембранами от остальной части трубопровода. Этот объем заполняется пусковым горючим, которое самовоспламеияется с используемым в двигателе окислителем.
Например, при азотнокислотном окислителе— смеси Н ХО и Х О вЂ” самовоспламеняющимся компонентом обычно з г а Н . служит смесь триэтиламюза (СгНз)зН и ксилидина (СНз)гСеНззч г. При открытии главного клапана горючего, последнее устремляется по трубопроводу и заполняет его. При определенном давлении последователыш разрываются обе мембраны, и пусковое горючее первым поступает в камеру сгорания н там самовоспламеняется с поступившим окислителем. Поступающий затем расход ос- Керасаа б новного горючего с окислителем зажигается от продуктов сгорания пускового горючего с этим же окислителем. Эта схема зажигания достаточно надежная.
Она может использоваться для запуска как малых двигателей, так и больших. Основной ее недостаток — однократность за- 1 пуска. Рис. 4.5. Схемы химического зажнгаиняз а — одноразовая; б — многеразояяя; 2 — капсула с самояоспяяменяюнзнмся компонентом с данным окисянтеяем; 2 — газовый аккумулятор давления; 3 — пусковая форсунка 75 77 76 Вторая схема представлена на рис. 4.5, б. Здесь в составе двигателя имеется специальная пусковая система: бачок с пусковым горючим, которое самовосцламеняется с данным окислителем, система его подачи и трубопровод с клапанами. Обычно трубопровод соединен со специальной пусковой двухкомлонентной форсункой, расположенной на смесительной головке.
Например, при окислителе О, воспламеняющимся с газообразным О, компонентом служит смесь триэтилалюминия (СзНз)зАЕ и триэтил- О р (С,Н,),В, При запуске с открытием главного клапана окислителя открывается и клапан подачи пускового горючего в форсунку. Происходит самовоспламенение и образование очага горения — запального факела.
После цоступления в камеру основного горючего, последнее воспламеняется от этого факела. Как только камера вышла на рабочий режим, подача пускового горючего прекращается, а пусковая форсунка переключается на питание основным горючим. Эта схема запуска также надежна. Основное ее достоинство — возможность осуществления многократного запуска в полете„По этой схеме запускаются многие двигатели, например, двигатель Р-1 РН "Сатурн-5". В этом двигателе ддя зажигания используется смесь, состоящая из В5 % трнэтилбора (СзН,), В н 15 % триэтилалюмииия (СзНа)зАЕ, которая само- воспламеняется с парами кислорода (в кислороцных двигателях первые порции кислорода — газообразные) . Лпрогехническое зажигание.
Это зажигание может выполняться по двум конструктивным схемам. Первая схема представлена на рис. 4,6, а и б. В данном случае в ка. меру сгорания со стороны сопла вводится пирозвлальное устройство (ПЗУ). Оно состоит из штанги, на конце которой располагается пиротехнический, т.е. твердотопливный патрон — запал, Причем ддя двигателей первой сту- Рнс. 4.6. Пирогехнкческие схемы зажигания. Расположение пирозапального устройства ПЗУ: а . на стартовом столе; б на соплоной заглушка; п — на корпусе камеры сгорания н корпусе ЖГГ Рис.
4.7. Злектроискроное зажигание: 1 — трубопроводы подачи пусковых газообразных компонентов (кислорода и водорода и др.); 2— блок-форкамсра злсктрозажигания; 3 — электро- искровая свеча; 4 — смсснтсльная головка камеры сгорания пени РН ПЗУ располагается непосредственно на стартовом столе (см. рис, 4.6, а), а для двигателей верхних ступеней ПЗУ может укрепляться на заглушке сопла (см, рис. 4.6,б). Вторая схема приведена на рис. 4.6, в.
В отличие от предыдутцей схемы здесь пирозапальное устройство представляется в виде специальной пирозапальной камеры, в которой размещается пиротехнический заряд. Пирозапальные камеры располагаются непосредственно на камере и ЖГГ двигателя. Обычно для надежности их устанавливают по дне-три штуки. При запуске в обеих схемах после включения зажигания в камере сгорании и в ЖГГ образуется мощный факел из продуктов сгорания пиротехнического заряда. Этот факел легко воспламеняет смесь основных компонентов, поступающих через смесительную головку в камеру сгорания и ЖГГ.
Пиротехническое зажигание работает вполне надежно. Основной его недостаток — однократность запуска, По этой схеме запускается много. камерная двигательная установка РН "Восток", Электроискровое зажигание используется главным образом при запуске кислородно-водородных двигателей. Одна из схем электроискрового зажигания представлена на рис. 4.7. Здесь в центре смесительной головки находится гнездо, в котором располагается запальный блок. Есть также конструкции, при которых запальный блок устативлнвается сбоку камеры сгорания и ЖГГ. Запальный блок представляет собой камеру, в которуючерез форсунки поступают газообразные пусковые компоненты — кислород и водород. Пусковые порции компонентов поджигаются электроискровой свечой, установленной в камере пускового блока Если подобрать определенное соотношение и расходы пусковых компонентов, можно получить достаточно мощный лоток продуктов сгорания из запальной камеры.
Запальный факел надежно воспламеняет основные жидкие компоненты, поступаюшие через форсункн смесительной головки в камеру сгорания и ЖГГ, Электроискровое зажигание используется в ряде двигателей, например, в двигатель 5ВМЕ американского ракетоплана "Спейс шаттл". Недостатками эдектроискрового зажигания являются: необходимость иметь запас пусковых газообразных компонентов; мощное электропи. танис; ненадежная работа высоковольтной электросистемы в условиях вакуума, чувствительность электроискровых свечей к отказам в условиях ние йе д недостаточно чистой "атмосферы" в запальной камере при компонентах, кроме водорода и кислорода. Поэтому поиски и разработка новых прин- ципов и схем зажигания несамовоспламеняющихсн компонентов в ЖРД продолжаются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
