Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 33
Текст из файла (страница 33)
В камерах ЖРДМТ применяют как центробежные, так и струйные форсунки. В камерах ЖРД тягой 10 и 400 Н ИСЗ "Симфония" и КА "Галилей" использована смесительная головка с одной двухкомпонентной центробежной форсункой, при этом в камере создается соосная вращающаяся струя компонентов топлива, обеспечивающая конический распыл капель. Форсунка обеспечивает также внутреннее охлаждение стенок камеры путем создания избытка окислителя в пристеночном слое продуктов сгорания.
В камере ЖРДМТ К-1 Е-3 (вспомогательный двигатель ДУ реактивной системы управления МТКК "Спейс шаттл") использована одна двухкомпонентная форсунка со сталкивающимися струями окислителя и горючего. Коллектор головки имеет небольшой объем, что обеспечивает: 1) быстрое заполнение и опорожнение коллектора; 2) сведение к минимуму изменения характеристик двигателя вследствие насыщения компонентов топлива вытесняющим гелием и 3) устраняет большие забросы цавления в камере при воспламенении топлива в процессе запуска.
При неизменном давлении в топливных баках и, следовательно, на входе в смесительную головку для изменения тяги камеры ЖРД применяют головку с изменяемой площадью впрыска компонентов топлива. Легче всего это обеспечить, если смесительная головка представлиет собой единственную двухкомпонентную форсунку, подвижный элемент которой (например, втулка, перемещающаяся по оси головки) одновременно изменяет проходные сечения впрыска дпя обоих компонентов топлива.
В этом случае в заданном диапазоне изменения тяги перепад давлений на форсунках можно сохранять практически неизменным, что важно для обеспечения качества распьиа компонентов топлива и устойчивости работы камеры. С уменьшением расхода компонентов топлива давление в ка.
!52 мере и, следовательно, полнота сгорания топлива снижаются. Такую голов. ку применяли в камере посадочного ЖРД лунной ступени КК '*Аполлон'*; этот двигатель обеспечивал уменьшение тяги в 10 раз по сравнению с тя. гой при работе на номинальном режиме. В двигателях 88-2101С КА "Викинг-75" и 8.40-11 использованы струйные форсунки со сталкивающимися струями окислителя и горючего. Форсунки размещаются на единственной окружности, имеющей средний радиус между центром и стенкой камеры сгорания. При работе ЖРДМТ температура головки камеры должна быть такой, чтобы исключалась возможность вскипания компонентов ~оплива в ее полости. Для этого между головкой и камерой сгорания часто устанавливают тонкостенную цилиндрическую перфорированную термоизоляционную проставку. Уменьшение теплового потока в головку и одновременно увеличение полноты сгорания топлива обеспечивается при изготовлении смесительной головки из пластины, в которой вытравливают многочисленные топливные каналы, обеспечивающие ее пористое охлаждение, и которая обусловливает равномерность и точность поступления компонентов топлива в камеру сгорания.
Головку некоторых камер ЖРДМТ изготавливали из алюминиевых сплавов. Такой материал использовали, в час~ности, в головке камеры вспомогательных двигателей МА-109 КК "Аполлон" тягой 450 Н. В головке камеры двигателя К8-2101 применяли алюминиевый сплав 2219-Т6. Так как камеру сгорания этого денга~ела изготавливали из бериллия, то между головкой и камерой сгорания было поставлено У.образное уплотнительное кольцо, покрытое слоем золота, и кольцо из витона.
Головку камеры двигателя 8.40 изготавливают из стали и алюмин иевого сплава, головку камеры ЖРД тягой 10 и 400 Н ИСЗ "Симфония" -1 и КА "Галилей" — из коррозионноютойкой стали, а в двигателях К 1П- 1 и К-1Е-3 — из титанового сплава. В целях упрочнения при повышенных температурах применяли обмотку алюминиевого фланца, соединяющего головку с камерой сгорания, стеклотканью с пропиткой фенольной смолой. Однако чаще всего головку соединяют с камерой сгорания сваркой (если стыкуемые стенки изготовлены из свариваемых материалов) .
В камерах сгорания и соплах камер ЖРДМТ К40А, К.40-11, 8-1Е-З, К-6С и К-6В использованы сварные швы. В камерах ЖРД тягой 10 и 400 Н ИСЗ "Симфония" все соединения выполнены электронно-лучевой сваркой, обеспечивающей высокую герметичность стыков. Камеры двухкомпонентных ЖРД при непрерывном режиме работы на топливе Хэ 04 и ММГ при гч = 40...150 и тяге Рп = 2,2...445 Н обеспечивают удельный импульс 1 „= 2735 „2825 м/с 1табл, 8.2) . При импульсном режиме ЖРДМТ удельйый импульс ниже, причем чем меньше время импульса тяги, тем ниже удельный импульс. Время импульса тяги определяется временем подачи напряжения на топливные клапаны 1электрогццроклапаны), устанавливаемые на головке камеры, которое называю~ 153 Продолжение табл.
8.2 Таблиц В,2 Характервепщи некоторых двухкомпанентвых ЖРДМТ ЖРДМТ Характеристика ЖРДМТ К-68 жРЛмт Характеристика ЖРДМТ К-40-11 К-1Е-3 К-6С К-40-11 К-1Е-3 К-6С К-6В 10 12 10 Фирма-разработчик Где применяется "Маркаардт" ИСЗ "Инсат-1", "Лксат" Апогейный "Марквардт" ИСЗ "Инсат-1" Назначение двигателя Вспомога- тельный дви- гатель ЛУ РСУ МТКК "Спейс шатш" Х,О, нММГ, аэроэин-50 иХ,Н, 110 65...155 Топлива Х,О,+Х,Н, Х, О„к ММГ 22 1,3...4,5 22 10...35 445 270...900 1,65 э 0,05 40 2760 1,65 е 0,05 100 2825 1,65 э 0,05 100 2735 1,65 е 0,05 150 2760 1860 2350 1860 1860 5 '10" 5 '10' 2,5 !Ое 2 5 ° !О' 2'10' !2% ' 10' ! 1Ое 1'1О' 89 10' 13,9 * 10' 222 22,2 0,018 1,7 0,09 1,52 1,70 1,52 294 294 294 294 266...318 1563 1313.
1473 1473 10 17 1О Намввеньвее тяга, Н Диапазон изменения тяги, Н ~т нам р 1ул рине р р вом режиме, м/с тул прн кратковременном цикле работы, м/е Общее число циклов работы Суммарное время работы, с Суммарный импульс тяги, кНс Минимальное время импульса тяги, мс Номинальное давление паетупмащях компонентов топлива, МПа Лопуетвмый диапазон давления наступающих компонентов, МПа Номинальная температура поступающих компонентов топлива, К Допустимый диапазон температуры поетужпащнх компонентов топлива, К Максимальная температура камеры сгорания, К Время набора 90% номинальной тяги при запуске, ме 154 1,10...1,73 1,21...1В2 1,10...1,73 1,10...1,73 277..311 266...318 266...318 Время снижения да 10 % номинальной тяги прк выключения ме Максимальная температура крепежного фланца, К Ляеметр крепежного фланца, мм Диаметр выходного сечения сопла, мм Длина двигателя, м м Масса сухого двигателя, кг Срок эксплуатации, годы 450 450 450 450 836 100 !30 53,3 279 66 244 0,52 230 1,6 560 3,2 0,5 10 10 10 10 шириной электрического импульса.
При тш;„= 6...20 мс удельный импульс ЖРДМТ обычно равен 1860...2350 м/с. Достаточно высокий удельный импульс двигателя К-1Е-3 (2350 м/с) при ширине электрического импульса 40 мс обусловлен небольшим объемом внутренней полости смесительной головки. Секундный расход компонентов топлива имеет чрезвычайно низкие значении. Например, в ЖРД К-6В расходы окислителя и горючего ссставлнют всего 0,5 и 0,3 г/с соответственно. Конструкция камер ЖРДМТ зависит от метода охлаждения, Используют регенеративное, абляционное, внутреннее (пленочное), лучистое и комбинированное охлаждение. Наиболее эффективным является регенерагивное охлаждение, но его реализация в камерах ЖРДМТ весьма затруднительна; при малой тяге и малых давлениях в камере соотношение поверхностной плотности тепло.
ваго потока и поверхности камеры обусловливает высокую температуру охладителя; к тому же из-за малого расхода охладителя его скорость в охлаждающих каналах оказывается недостаточной для охлаждения стенок камеры. В результате температура стенок камеры и охладителя может возрастать до недопустимых значений, происходят разложение или пленочное кипение охладителя и другие недопустимые явления. В частности, гидразнн и горючие на его основе имеют ограничение по температуре во всем объеме из-за возможного разложения. Камеры с регенеративным охлажценнем имеют ограниченную работоспособность на переменной тяге, в частности на самовоспламеняющихся топливах длительного хранения. Камера ЖРДМТ КА "Маринер-9" имела толстостенную камеру сгора- 155 ння из бериллня с высокой теплопроводностью с внешним проточным охлаждением.
Абляционное охлаждение камер ЖРДМТ обеспечивает простоту их конструкции и минимальный тепловой поток в окружающую среду, но камеры с абляционным охлаждением имеют большую массу по сравнению с камерами, имеющими лучистое охлаждение 1иэ-за достаточно толстого слон абляционного материала) . Масса камеры с абляционным охлаждением возрастает по закону квадратного корня из времени ее работы. При большом времени работы масса таких камер может стать чрезмерной, Абляционное охлаждение применяли в ряде ЖРД КК "Аполлон" (во взлетном ЖРД лунной ступени, тормозных ЖРД, включающихся при подле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
