Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Топливо двигателя — житпсий кислород и жидкий водород с соотношением компонентов К,„= 5. Главная особенность этого двигателя — отсутствие ЖГГ. Рабочее тело дпя привода турбины ТНА — газообразный водород, получается непосредственно в охпаждающем тракте камеры двигателя. Тяга и удельный импульс в пустоте соответственно составляют Рп = = 66,72 кН и /и = 4354 м/с. Давление в камере сгорания р„= 2,76 МПа.
7 В В Ят ГГ 77 уг Ю Рвс. 5.8. Пневмогидравлическая схема двигателя цг 10: 1 — Регулятор тяги; 2 — трубка центури; 3, 4, 7 — клапаны системы захопажпваппя: 5, 9 — насосы соотпетствеппп водорода в кислорода; 6, 8 — пуско. отсечные клапаны ~а входе в насосы соотвгтстаеапп водорода в кислорода; 10 — шестгреппый редуктор; 11 — турбина; 12 — блок ппапавпп с зпектрпыеханвческпм рггуаятпром соотношения компонентов; 13, 15 — управляющие электромагнитные клапаны; 14— пуско-отсечной клапан подвода жвпкпго водорода в охлаждающей тракт камеры; 16 — клапан системы зажпгапип; 17 — блок гпектроискрпвого зажпгапвя; 18— камера; а — вход жидкого водорода и насос; б — вход жидкого квсппрапа в насос; е — вход жвпкогп гелин па захпаажввапве полостей насоса горючего от наземной системы (перед стартом РН); г — вход газообразного гглпя 98 Геометрическая степень расширения сопла Рп „= 57, что соответствует давпению на срезе сопла примерно р„= 0,004 МПа.
Масса двигателя 133 кг, габаритные размеры: высота 1,8 м, диаметр 1,0 м. Продопжитепьность в полете 470 с, допускается до трех вкпючений, Работа пнеемогидравлическоа схемы двигателя. Компоненты из баков через входные клапаны 6 и 8 поступают на вход насосов. ТНА двигателя имеет двухвапьную схему с параллельными валами и шестеренчатым редуктором — это важная особенность данного ТНА.
Центробежный насос водорода установлен на одном валу с турбиной, имеет две ступени и осевой вход. Первая ступень — шнекоцентробежная с частотой вращения 504 с '. Насос кислорода — одноступенчатый шнекоцентробежный с частотой вращения 202 с '. Турбина — осевая двухступенчатая реактивная. Жидкий кислород через блок клапанов 12 с зпектромеханнческим регулятором соотношения компонентов нз насоса поступает в полость смеснтепьной головки. В полете по сигналам системы опорожнения баков соотношение компонентов может изменяться в пределах- +10%. Водород нз насоса по трубопроводу подводится к входному коппектору охлаждающего тракта камеры. Охпажцение — проточное. Жидкий водород нз насоса поступает в коллектор, расположенный в области критического сечения соппа.
Из коплектора по части трубок водород направпяется к срезу сопла, затем по другой части трубок движется к коллектору возле головки. Из этого коллектора газообразный водород, нагретый в охлаждающем тракте до температуры 200 К„через трубку Вентури 2 регулятора тяги 1 направляется на турбину. Регулятор тяги работает на принципе перепуска части водорода на выход из турбины.
Из турбины отработанный водород через пуско- отсечный кпапан 14 поступает по газоводу в смеситепьную головку. Все основные клапаны управляются газообразным гением с помощью управляющих клапанов 13 и 15. В схеме показаны еще клапаны 3, 4 и 7, которые обеспечивают работу системы захопаживання двигателя перед запуском. Наддув баков осуществляется газообразным гелием, запас кото рого находится в специальном бандо не. Эапуск двигателя, При предварительном захопаживании трубопроводов и полостей насосов через них подаются соответствующие жидкие компоненты — кислород и водород.
Дпя уменьшения потерь перед стартом РН насос горючего захопаживается жидким гелием от наземной системы. Поспе открытия пусковых кпапанов 6, 8 н 14 компоненты поступают в насосы и охлаждающий тракт под действием гидростатического напора, вызываемого ускорением н давлением наддува, Поджигание компонентов в камере сгорания производится эпектронскровым бпоком зажигания, установленным в центре смеситепьной головки, который работает на газообразных кислороде н водороде, поступающих в него через кпапаны системы зажигания 1 н 16. Постепенно по мере подогрева водорода в охлаждающем тракте камеры начинает раскручиваться ТНА и двигатель плавно выходцу на рабочий режим. 99 Вопросы для охмопроверки лге ге яя гг Глава 6 КОНСТРУКЦИЯ КОРПУСА КАМЕРЫ Рис.
б.2. Гяэодииамический профиль камеры: г1», о», л — диаметры камеры сгорания, критйчйского сеЧения, среза сопла соответственно; 1, 1я — длина цилиндрической чести камеры сгорания и сверхзвуковой части сопля; Вя — угол профиля сопле е его выходном сечении 101 Беэгазогенераторная схема двигателя Ю -10 изучается. Расчетные и экспериментальные исследования показывают, что при проведении некоторых конструктивных мероприятий можно значительно увеличить теплоотдачу в камере и повысить температуру водорода в охлаждающем тракте. Это соответственно повышает его "работоспособность*' и мощность ТНА.
Последней хватает для обеспечения давления в камере сгорания рк = 10...15 МПа. В результате при увеличении геометрической степени расширения сопла до относительной площади среза Р „= 400...1000 с учетом положительного эффекта регенерации тепла удельный импульс двигателя в пустоте можно получить равным 1п = 4750...4800 м/с и даже выше. Перечислите, в чем заключаются основные особенности схем следующих диигятелей: РД-107, РД-!08, РД-119, РД-111,Р-1,1-2, РД-253, 35мрч й1 10-3. б.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ И СОПЛА Конструкцию камеры двигателя (рис. 0.1) технологически можно разделить на две части: корпус 1 и смесительную (форсуночную) головку 2.
Корпус состоит из цилиндрической части 3 и сопла 4. Исходными данными для конструирования камеры являются прежде всего геометрические размеры и газодинамический профиль (рис. б.2), которые определяются при газодинамическом расчете. Затем производится расчет смесеобразования и форсунок, расчет тепловых потоков и решаются задачи теплозащиты стенки, выбираются основные материалы. Большинство камер ЖРД имеет наружное охлаждение, при котором осуществляется проток охладителя по охлаждающему тракту, образованному между внутренней и наружной оболочками илн стенками камеры сгорания и сопла. С ростом давления в камере и повышением энергетических характеристик двигателя для обеспечения надежной теплозащиты стенок камеры требуется интенсификация наружного проточного охлаждения, Это достигается увеличением скорости течения охладителя, развитием теплоотдающей поверхности стенки с помощью ее оребрения, турбулизацией потока, например путем создания искусственной шероховатости тракта, Кроме того, лри интенсивном наружном охлаждении требуется, чтобы внутренняя стенка была достаточно тонкой Рис.
64. Камера ЖРД: 1 — корпус; 2 — смесительнея головка; 3 — цилиндрическая часть; 4 — сопло; е— узел пояса завесы; б — узел подвода охпедителя; е — узел крепления камеры и изготовлена из теплопроводных материалов, например, из медных сплавов. Однако с повышением давлений в камере и охлаждающем тракте, которые доходят до десятков мегапаскалей, очень сложно обеспечить высокую прочность конструкции при тонкой стенке нз теплопроводных, как правило, мапопрочных материалов. Поэтому наиболее сложным этапом создания камеры является проектирование и разработка конструкции охлаждающего тракта, который имеет много разных форм и силовых связей.
Заметим, что от конструкции охлаждающего тракта зависит облик всей конструкции камеры, ее прочность, надежность охлаждения и массовые характеристики, Таким образом, самым главным элементом конструкции камеры является конструкция Рнс. 6.6. Различные схемы подвода компонента в охлаждающий тракт камеры рых охлаждает какую-либо часть камеры сгорания нли сопла. Особенно это характерно при использовании в качестве охладителя водорода. Причем часто для охлаждения камеры вполне достаточно только одной его части расхода, На рис. б.б показаны некоторые схемы подвода охладнтеля в охлаждаютций тракт камеры. Схема а — наиболее простая — весь расход охладителя проходит от среза сопла к головке камеры сгорания.
В схеме б концевая часть сопла охлаждается частью расхода, так как здесь более низкие тепловые потоки. Эта схема позволяет несколько снизить гидравлические потери в охлаждающем тракте, массу и габаритные размеры камеры уменьшением длины подводящих трубопроводов и применением менее габаритного коллектора. Схемы в и г — конструктивно более сложные, но позволяют также уменьшить длину подводящих трубопроводов, снизить гидравлическое сопротивление охлаждающего тракта, подавать в области с наибольшими тепловыми потоками (дозвуковая и критическая части сопла) охлади- тель с более низкой температурой.
Схема д — противоположна схеме а. Здесь охладитель поступает в охлаждающий тракт со стороны смесительной головки. Достоинство схемы — уменьшение длины подводящих трубопроводов. Эта схема особенно хорошо компонуется лри трубчатой конструкции камеры. В этом случае охладнтель по одной части трубок направляется к срезу сопла, а ло другой — возвращается к смесительной головке. Важным конструктивным элементом камеры является обеспечение равномерного втекания охладителя в охлаждающий тракт по его периметру. Для этого устраивают специальные входные коллекторы (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
