Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 30
Текст из файла (страница 30)
В двигателях без дожигания для работы двухкомпонентного ЖГГ за главными топливными клапанами отбирается небольшая часть (обычно 2...3 %) общего расхода основных компонентов топлива. ЖГГ в двигателях с дожиганием являются одними из наиболее нагруженных элементов конструкции двигателя, хотя температура продуктов сгорания в них существенно ниже, чем в камере, но давление заметно больше. ЖГГ, указанные в табл.
8.1, работают на основных компонентах топлива и, за исключением газогенераторов двигателей 8БМЕ и РД-253, относятся к двигателям без дожигания. Таблина В.1 Параметры ЖГГ некоторых диягатеяей 120 264 (75%) 36,0 797 35,9 972 - 24 870 8БМН (ТНА 0,) 88МГ (ТНА Н,) РД-253 (Ое) ж и (Не) хс То же Н,О, и НДМГ 2,55 890 870 8 875 12 0,466 (1,8 %) 120 8,3 3,18 10 (2%) — 4,53 (8 %) (О )жи (Н ) ж То же ьЕ-5 НМ-7 НМ-60 1-2 Г-1 КХ-2 (0,) и КР-1 (О,) жи керосин 2,94 620...
650 (иа входе и турбину) 1100 — (1,8 %) РЛ-216 Смесь окислов азота с азотной кислотой и ННМГ 0,65 0,84 С избытком окислителя 0,9 0,9 0,9 0,9 0,42 лнрование двигателя: путем изменения расхода окислителя в ЖГГ ТНА окислителя изменяется тяга двигателя, а в ЖГГ ТНА горючего — соотношение компонентов топлива. Оба ЖГГ имеют одинаковую конструкцию (рис.
8.1); смеснтельную головку 1 с слоеными двухкомпонентными форсунками 2 и цилиндрическую камеру 3 с охлаждающим трактом. В коллектор горючего обоих ГГ подается подогретый газообразный водород из охлаждающего тракта сопла основной камеры. Равномерное соотношение компонентов топлива в обоих ЖГГ обеспечивается применением большого числа двухкомпонентных соосных форсунок.
В каждой форсунке через центральное отверстие подается кислород, а через периферийное кольцевое отверстие — водород. Каждую форсунку проливают и при необходимости дорабатывают с таким расчетом, ЖГГ состоит из смесительной головки и камеры. Если ЖГГ работает на несамовоспламеняющемся топливе, то в его состав входит также воспламенитель, устанавливаемый обычно в центре смесительной головки, или применяют третий (пусковой) компонент топлива, обеспечивающий воспламенение. В ЖГГ обычно применяют плоскую смесительную головку и цилиндрическую камеру.
ЖГГ двигателей с дожиганием. В современных двигателях с дожиганием применяют как восстановительные, так и окислительные ЖГГ. В кислороцно-водородных двигателях с дожиганием целесообразно применять восстановительный ЖГГ, причем более эффективно использование двух ЖГà — отдельно для ТНА жидкого кислорода и для ТНА жидкого водорода. Восстановительный газ имеет меньшую химическую активность и большую работоспособность (из-за малой молекулярной массы и меньших температурных ограничений, определяемых сохранением целости конструкции).
Однако следует считаться с повышенным (до 40 %) содержанием газообразного водорода, что создает потенциальную опасность взрыва двигателя. Использование двух ЖГГ облегчает созцание высоких давлений компонентов топлива, требующихся для двигателей с дожиганием. Два ЖГГ применены в двигателе ВБМЕ.
Наличие двух ЖГГ облегчает регу- 140 Рис. 8.1. ЖГГ двигателя 88МГи ! — смеситеяьиая головка; 2 — соосиая двухкомпоиеитиая форсунка; 3 цилиндрическая камера сгорания; 4 — трехцоцостиая аитииульсзциоииая перегородка; 5— акустическая полость 141 чтобы обеспечить постоянное соотношение компонентов топлива. После установки отобранных таким образом форсунок в головку газогенератора в его поперечном сечении обеспечивается одпородное смешение.
В связи с большим числом близкорасположенных форсунок окислителя с малым расходом образование, испарение и сгорание капель горючего происходит на небольшом расстоянии от огневого днища головки. Близкое расположение форсунок обусловливает равномерное выделение теплоты по сечению генератора при сгорании топлива, в результате чего уменьшается потребность во вторичном турбулентном перемешивании с целью равномерного распределения теплоты в продуктах сгорания. Вследствие более высокой температуры продуктов сгорании ЖГГ ТНА жидкого водорода имеет медный дефлектор.
В связи с обнаружением эрозии дефлектора при послеполетных осмотрах ЖГГ вблизи мест его эрозии в дефлекторы введены дополнительные охлаждающие каналы для улучшения охлахщения указанной зоны. Устойчивость горения в газогенераторах двигателя 88МЕ обеспечивается путем использования охлаждаемых водородом трехлопастных перегородок 4 и акустических полостей 5 на периферии смеснтельной головки. Отклонения температуры в любой точке потока генераторного газа на входе в турбину от номинального значения не должны превышать т 42 К. Повышенная температура генераторного газа создает недопустимые напряжения в лопатках турбины, а пониженная температура снижает КПД турбины. Дублированные воспламенители обеспечивают высокотемпературный поток продуктов сгорания для воспламенения топлива в каждом из ЖГГ.
Указанные воспламенители работают в течение 3 с при запуске двигателя. В двигателях с дожнганием на высококипящих компонентах топлива для привода ТНА применяют окиаентельный ЖГГ. Примером такого газогенератора является ЖГГ двигателя РД-253. В ЖГГ поступает примерно 75 % расхода компонентов топлива и вырабатывается газ с температурой 780 К и давлением примерно 24 МПа.
ЖГГ имеет сферическую форму (рис. 8.2) и охлаждается окислителем. Использование окислительных ЖГГ, работающих на высококипящих компонентах топлива, исключает возможность образования сажи и ее осаждения по газовому тракту, но требует подбора конструкционных материалов, которые должны надежно (без возгорания) работать при контакте с продуктами сгорания высокого давления, содержащими избыток окислителя. В ряде перспективных кислородно-углеводородных двигателей с дожиганием шея РН целесообразно одновременно использовать восстановительный и окислительный ЖГГ. Использование двух ЖГГ в таких двигателях устраняет необходимость в аеожных и массивных узлах герметизации в ТНА высокого давления и в системе продувки, что снижает массу двигателя. Имеются потенциальные трудности создания как восстановительного, так и окислнтельного ЖГГ на топливе (О,)к + УВГ (углеводородное горючее) . 142 ряс.8.2.
ЖГГ двигателя рд-253 с установленными ва вем вврокювювамв: 1, 3 — вкроклевавм; 2 — смесятельвея головка горючего; 4 — смесвтельяея голов- ке окислителя; Ок — оквсявтелеч à — горючее Применение восстановительного ЖГГ приводит к низкой полноте сгорания и отложениям углерода в соплах турбины и других местах тракта турбинного газа, снижающим ее КПД. В 'окислительном ЖГГ требуются специальные меры по обеспечению стойкости конструкции к возгоранию в окнслнтельной среде. В качестве примера ниже рассмотрены результаты проведенных в США испьпаний модельных восстановительного и окислительного ЖГГ с давлением в их камере сгорания 2,9...17,5 МПа и расходом компонентов топлива для ЖГГ с избытком горючего 12,6...27 кг/с при диаметре камеры сгорания 101,6 мм и для ЖГГ с избытком окислителя 32...38 кг/с.
Степень неравномерности температурного поля в выходном сечении указанных ЖГГ зависела от типа смесительной головки и от наличия или отсутствия турбулизирующего кольца. Последнее в ЖГГ с избытком горючего представляло собой шайбу с внутренним диаметром 76 мм, расположенную на Расстоянии 127 мм от огневого днища головки. Испытаны два типа смесительных головок восстановительных ЖГГ: с двухструйными форсунками горючего с соудареиием струй и с форсунками окислителя с несталкивающимися струями (указанные форсунки равномерно чередуются); отверстия форсунок выполнялись на злектроискровой установке; с центробежными' двухкомпонеитными форсунками, причем горючее и окислитель распыливались во внешнем и внутреннем конусах соответственно.
Без турбулизирующего кольца меньший (в 2..3 раза) разброс температуры по сечению обеспечивали головки с центробежными форсунками. П и наличии турбулизирующего кольца температура газа по сечению пото- Р ка у обоих типов смесительных головок становш~ась равномерной. Разброс температуры составлял всего к 5,5 К. Такое значительное улучшение 143 смесеобразования было достигнуто несмотря на то, что перепад давлений на турбулизирующем кольце составил всего 1...2% давления в ЖГГ. При испытании окислительных ЖГГ, в которых использовались стенки из никеля без покрытия и с покрьпием на основе двуокиси циркония, особых трудностей не возникало, но тем не менее выбор конструкционных материююв для указанных газогенераторов требует особого внимания; необходимы специальные нсагедования совместимости конструкционных материалов с продуктами сгорания с избытком'кислорода с целью выбора материалов, стойких к воздействию указанных продуктов при высоких значениях их давления и скорости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
