Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 2
Текст из файла (страница 2)
разных продуктов сгорания или разложения и выделением теплоты. Введем ряд терминов. Компонентом жидкого ракетного топлива (компонентом топлива) называют отдельно хранимую и подводнмую к камере ЖРД составляющую ЖРТ. Комцонент топлива может состоять из одного вещества или смеси индивидуальных химических веществ. ЖРТ может быть одно- и многокомцонеитным, в основном двухкомпонентным; за рубежом рассматривают целесообразность использования трехкомпонентных топлив для ЖРД большой тяги для мощных ракет, Жидким ракетным горючим (горючим) называют компонент ЖРТ, окисляющийся в процессе горения, Жидким ракетным окислителем (окислителем) называют компонент ЖРТ, служащий для окисления горючего в процессе горения.
Различают основное и вспомогательное ЖРТ. Основным ЖРТ называют жидкое ракетное топливо, служащее длл получения всей или основной доли тяги. Обычно в ЖРД применяют только одно топливо, которое используется также для вспомогательных целей (привода турбонасосного.агрегата, работы системы управляющих моментов и снл и т.п,) . Вспомогательным ЖРТ называют жидкое ракетное топливо, отличное от основного и применяемое только для вспомогательных целей. Продукты сгорания или разложения вспомогательного ЖРТ часто выбрасьваются помимо камеры сгорания или разложения основной камеры.
Одним илн несколькими компонентами многокомпонентиого вспомогательного топлива могут быть компоненты основного топлива. В результате реакции горения происходит преобреоование первичной (химической) энергии топлива в энерппо теплового движения (в теплоту), в результате чего образуются газообразные продукты сгорания, обьи.
но имеющие высокую температуру. Ускорение продуктов сгорания в сопле камеры вследствие преобразования их теплоты в кинетическую энергию приводит к созданию реактивной силы. Жидкостной ракетной двигательныой установкой, или более кратко двигательной установка, называют установку, состоящую из одного или 7 рис. 1,1.
Упрощенная схема ДУ с Жрдз 1 — камера; 2, 7 — клапаны окисяятслх я горючего; 2, 6 — баки окислителя к горючего; 4 — пксвыоклхпзя; 5 — баллон сс сжатым газом нескольких ЖРД, пневмогидравлической сис- 5 темы подачи топлива и вспомогательных усгро йсгв. На рис. 1.1 изображена упрощенная схема ДУ с ЖРД. Двигательная установка состоит из 7 камеры 1, баков компонентов топлива 3 и 6, клапанов компонентов топлива 2 и 7, баллона со сжатым газом 5 и пневмоклапана 4.
При открытии последнего сжатый газ поступает из баллона в баки, в результате чего давление в ннх возрастает. При открытии клапанов 2 и 7 компоненты топлива (окислитель и горючее) начинают поступать в камеру и в ней начинается процесс горения с истечением продуктов сгорания из сопла. 12. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЖРД К числу основных параметров и характеристик ЖРД относятся следующие. 1, Тяга ЖРД вЂ” равнодействующая реактивной силы ЖРД и сил давления окружающей среды, действующих на его внешние поверхности, за исключением снл внешнего аэродинамического сопротивления. Различают тягу на земле (на уровне моря) и в пустоте.
Из определения тяги ЖРД следует, что тяга двигателя в пустоте имеет наибольшее значение, а при наличии давления окружающей атмосферы тяга соответственно снижается, Например, тяга ЖРД 88МЕ в пустоте равна 2,09 МН, а на земле — 1,67 МН; тяга самого мощного в мире ЖРД РД-170 каждого из четырех блоков первой ступени советской ракеты-носителя (РН) '*Энергия" составляет 7,4 МН на земле и 8,06 МН в пустоте. 2.
Удельный импульс тяги ЖРД 1удельный импульс ЖРД) — отношение тяги ЖРД к массовому расходу топлива ЖРД, Аналогично тяге удельный импульс ЖРД максимален в пустоте и соответственно уменьшается при наличии давления окружающей среды, Удельный импульс ЖРД в пустоте является важнейшим параметром двигателя, характеризующим эффективность жидкого ракетного топлива и совершенство конструкции двигателя.
Наибольшее значение удельного импульса имеют кислородно-водородные ЖРД. Например, для ЖРД ЯЗМЕ удельный импульс в пустоте равен 4464 м/с, а на земле — 3562 м/с. 3. Удельная масса ЖРД вЂ” отношение массы залитого ЖРД к его наибольшей тяге на основном режиме, причем масса залитого ЖРД определя- 8 ется массой ЖРД (массой конструкции ЖРД) и компонентов топлива, заполняющих его трубопроводы и агрегаты при работе. При наличии нескольких основных режимов ЖРД его удельную массу определяют по наибольшей тяге.
При проектировании стремятся обеспечить минимальное значение удельной массы. Удельная масса ЖРД Г-1 и 8БМЕ равна 1,02 и 1,48 г(Н соответственно. 4. Тип ЖРТ. Обычно каждую ДУ конструируют для вполне определенного топлива, причем от него в значительной степенц зависят удельные параметры ЖРД и Ду и эффективность их применения в составе ЛА. В настоящее время наибольшее применение в качестве топлива находят жидкий кислород и жидкий водород, жидкий кислород и углеводородное горючее (в особенности керосин), а также азотный тетроксид )ч7з 04 (четырехокись азота) и несимметричный диметилгидразин (НДМГ) .
5. Время работы ЖРД вЂ” время от первой команды на запуск ЖРД до первой команды на его выключение. Для ЖРД многократного включения время работы равно суммарному времени работы ЖРД, соответ. ствующему всем циклам работы. Обычно для ЖРД одноразового включения время работы не превышает 1000 с. Лля двигателей многократного включения кроме времени их работы (суммарного времени непрерыв. ной работы при каждом цикле) задают число циклов работы, а также минимальное и максимальное время (паузу) между ними. Например, ЖРД 1-2 третьей ступени РН "Сатурн-5" при первом дикле работал 180 с, а затем следовала пауза 4,5 ч, после чего двигатель повторно работал 300 с. 6.
Ресурс работы ЖРД вЂ” суммарное время работы ЖРД, в течение которого гарантируется обеспечение всех его параметров в заданном дна. назоне допусков. Обычно ресурс работы ЖРД в несколько (три и более) раз превышает время его работы в составе ЛА. Для ЖРД, используемых в составе многоразовых транспортных космических кораблей (МТКК), указанный ресурс превышает время работы в одном полете в несколько десятков раз. Например, ЖРД 8БМЕ рассчитан на 55 полетов, и ресурс его работы (без капитального ремонта) согласно техническому заданию составляет 27 10 с (7,5 ч) .
Ресурс работы ЖРД малой тяги (ЖРДМТ), являющихся ЖРД многократного включения, характеризуется как временем работы, так и числом циклов работы. Например, для ЖРД 8.40А (основного ЖРД ДУ реактивной системы управления МТКК "Спейс шаттл") ресурс работы составляет 2 104 с и 5 . 10 циклов работы, а дпя ЖРД Е-1Е-3 (вспомогательного ЖРД той же ДУ) — 125 ° 10' с и 5 ° 10' циклов работы. 7.
Число основных режимов работы. Различают однорежимные ЖРД (двигатели с одним основным режимом работы) и многорежимные ЖРД (двигатели с несколькими основными режимами работы). ЖРД большой тяги являются однорежимными двигателями, но В последнее вре- мя эа рубежом опубликовано большое число проектов двухрежимных ЖРД, в основном для одно- и двухступенчатых МТКК. 8. Диапазон изменения тяги. Для выполнения программы полета ЛА часто возникает необходимость в изменении тяги двигателя, что обеспечивается изменением массового расхода топлива в камеру ЖРД.
Например, тяга ЖРД 88МЕ в полете может изменяться в диапазоне б5 ... 109 % Р„с „„. На б0 ... 80-й секунде полета МТКК "Спейс шаттл" тяга всех трех ЖРД $8МЕ снижается примерно до б5 % Рюм для уменьшения нагрузок на корабль в зоне максимального скоростного напора. Непосредственно перед 500-й секундой полета тяга указанных двигателей непрерывно сние жается, чтобы перегрузки на космонавтов не превышали значения Зя .
з. 9. Давление в камере р„— среднее статическое давление продуктов сгорания в начале камеры сгорании у смесительной головки. 10. Импульс тяги ЖРД вЂ” интеграл от тяги ЖРД по времени. Значение импульса тяги ЖРД равно площади под кривой зависимости тяги двигателя от времени его работы. Указанный параметр особенно важен для ЖРД ИСЗ и КА, прелтьззначеиитах дчя коррекции их траектории или орбиты.
1УЯ КЛАССИФИКАЦИЯ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК Конечной целью всех процессов, протекающих в ракетных двигателях, является обеспечение наибольшей кинетической энергии реактивной струи путем ускорения рабочего тела 1продуктов сгорания„разложения, нагрева) тем вти иным способом. В электрических РД и ДУ рабочее тело в реактивной струе находится в виде плазмы. Общая классификация РД и ДУ по видам первичной и промежуточной энергий приведена в табет. 1.1. Различают сзтедуюшие виды первичной энергии: химическая, ядерная, механическая 1энергия сжатого газа), солнечная и энергия лазерного излучения. РД и ДУ, в которых первичная энергия преобразуется в энергию теплового движения 1промежуточная энергия), называют термическими.
РД и ДУ, в которых первичная энергия преобразуется в электрическую энергию 1промежуточная энергия), называют злекгричестсими. Химической энергией обладают, как уже указывалось, вещества, ко. торые могут вступать в химические реакции, протекающие с выделением теплоты и образованием газообразных продуктов. Химические ракетные двигатели являются наиболее распространенными и хорошо освоенными РД, компоненты топлива которых одновре. менно являются источником теплоты и массы отбрасываемого вещества; посттединм в этом атучае явзтяются продукты реакции взаимодействия компонентов топлива. Химические РД классифицируют по агрегатному сосптянию тощтива (компонентов топлива) (табл. 1.2) . 1О Таблица ).) Общая кязссификеяия РД и ДУ Термические Общее название класса РД и клас- се ДУ Название РД Химические Ядерные Холодного газа Солнечные Лазерные Перегретого пара Промежуточная Энергия тесновато лви- Энергия тепяевегс лвиэнергия жевия жеяия Электрические Общее название класса РДи ДУ Солнечно- Лезервотермичес- термические кис Химико- Ядернотермячес- термические кис Название пся- классов ДУ Механо- термические Электрическая Промежутощея энергия Солнечно- Лазерно- электричес- электричес- кие кис Название под- Химико- Ядерно- классов ЛУ електричес- электрические кис В химических РД могут использоваться один, два и значительно реже три компонента топлива, причем исходное агрегатное состояние компонентов в топливах может быть одним и тем же нли различным; топлива с компонентами, имеющими различное 1гибридное) исходное агрегатное состояние, называют гибридными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
