Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 36
Текст из файла (страница 36)
В указанном двигателе применены два нихромовых электронагревательных элемента (зу = 3,8 Вт; К = 28 В), помещенных в корпус, выполненный иэ инконеля 600. Разогрев пакета катализатора может производиться в течение достаточно длительного времени — до 30 мин. Для улучшения прочностных характеристик гранул катализатор подвергают специальной интенсивной обработке, обеспечиваюгдей их ббльшую сферичность; используют, в частности, гранулы околосферической формы диаметром 0,6 мм с коэффициентом сферичности примерно 0,75 (этот коэффициент равен отношению площади поверхности сферы к площади поверхности гранулы катализатора) .
Достаточно плотное заполнение камеры обеспечивается на электродинамическом вибраторе. Решающее значение для расчета диаметра камеры разложения имеет ее расходонапряженность, которую обычно выбирают равной 0,75...3,5 г1'(см с) . Ниже приведены типичные значения параметров гидразиновой камеры тягой 10 Н: расходонапряженность 3,5 г/(см с); Ту л = 2256 м1с; р„= = 1,5 МПа; 141 = 0,95; у = 4,7 см' /с; размер гранул 0,6 мм; коэффициент их сферичности 0,75; 13л = 13 мм; Е„= 16,3 мм; Ы ь = 2,23 мм; перепад давлений на капнллярной распылительной головке 0,4 МПа; перепад давлений на пакете катализатора 0,25 МПа. Пакет катализатора камер ЖРДМТ КА подвергается воздействию окружающего вакуума.
В камерах ЖРДМТ обычно применяют профилированные сопла. Профнлированное сопла применено, в частности, в камере ЖРДМТ КЕА 204; оно укороченное, с минимальной плошадью поверхности. Форма сопла оптимизирована с учетом обеспечения максимального импульса при минимальных значениях длины и массы. Толщина стенки сопла по длине уменьшается до минимального значения к выходному, что обеспечивает уменьшение массы при достаточной прочности.
Для термоизоляции топливного клапана от тепловых потоков камеры 163 его фланец соединяется с камерой тонкой перфорированной проставкой и, ' кроме того, гидразин подается от клапана к головке по тонким капнллярным трубкам. Дополнительно тепловые потоки от капиллярных трубопроводов и проставки воспринимаются фланцем крепления двигателя. Достигнуты следующие максимальные значения гьщразиновых камер: тяга 560 Н и более; удельный импульс 2300 м/с; число циклов работы 5 ° 10э; суммарное время работы 15 10' с; суммарный импульс тяги 5,5 МН с. Время непрерывной работы некоторых гндразиновых двигателей (например, ЖРД КЕА 20-4) вообще не ограничено.
В США разрабатываются гидразиновые ЖРД с числом циклов работы 10 при суммарном импульсе тяги 0,89 МН с, при этом основной проблемой является термическая усталость материалов. Однокомпонентные ЖРДМТ в отличие от двухкомпонентных не имеют ограничений по нижнему уровню тяги. Одно из наименьших значений тяги — 0,212 Н вЂ” имеет камера ЖРД, используемого в КА, который предназначен для полетов к внешним планетам Солнечной системы. Еще меньшую тягу можно получить при использовании испаряющегося пропана.
Такая система, предназначенная для обеспечения высокой точности ориентации наряду с гндразиновой ДУ, используется в ИСЗ нЭкзосат" Западноевропейского космического агентства, запущенном в 1983 г., причем тягу можно изменять в диапазоне 30...50 мН. С целью повышения удельного импульса примерно на 30% в некоторых ДУ ИСЗ применяют электролодогрев продуктов разлолгения. Указанное повышение объясняется тем, что в ЖРДМТ, работающих в импульсном режиме, значительная часть теплоты, выделяемой при разложении гидразина, затрачивается на нагрев катализатора и стенок камеры, а в ЖРД с термическим разложением гидразина и электроподогревом камеры разложения вся теплота, выделяемая при разложении, 1щет практически только на разгон продуктов разложения.
В четырех ЖРД тягой 0,3 Н фирмы ТК1ч' ИСЗ "Интелсат Ч" продукты разложения поступщот в дополнительную камеру, где они проходят через вихревой электронагреватель, в результате этого температура продуктов разложения перед поступлением в сопло повышается до 2200 К. Так как указанный двигатель включается редко (примерно один раз в месяц), то для него не требуется дополнительных солнечных батарей, Питание электронагревателей (в том числе и электронагревателя пакета катализатора) осуществляется от основных солнечных батарей, при этом ток силой 15 А подается к электронагревателям через отдельную шину батареи. Средний удельный импульс указанной камеры достигает 2900 м/с.
Экономия массы гидразина в результате электроподогрева продуктов разложении составляет примерно 20 кг. Четыре аналогичных ЖРД фирмы '*Рокит рисечо по 0,36 Н применяют ДУ ИСЗ СТЕ шр Стар", СТЕ "Спейснет" и АБС. Указанные ЖРД также обеспечивают суммарный импульс тяги до 311,5 кН . с. Двигатели в составе ИСЗ работают только на режиме с постоянной тягой и используются для 164 поддержания ориентации ИСЗ север — юг. Такие ЖРД прошли проверку на ИСЗ "Сатком" 1К и 11Е, на которых они наработали более 6,1 2 ° 104 с.
Хотя на ИСЗ установлено четыре ЖРД с электроподогревом продуктов разложения, для каждого маневра используются только два из них (два других двигателя являются резервными) . Разрез ЖРД с электроподогревом продуктов разложения показан на рис. 8.10, В составе двигателя можно выделить следующие узлы; топливный клапан с электроподогревателем; камера разложения с газоотводящей трубкой; электроподогреватели пакета катализатора с тепловыми экранами; блок электроподогревателя продуктов разложения; блок теплообменннка с лучистыми и тепловыми экранами и монтажный узел для креплении указанных выше узлов и блоков, 17 14 Рнс.
8.11ь Гнпразлловмй ЖОМТ с злентропологревом продуктов разлониинл: 1 — вход гидразина; 2 — струйный резистор; 3 — гнлразнновый клапан; 4 — несущий те~шевой экран; 5 — зпектроподогреватель продУктов разложения; б — несущая консгрукцла; 7 — барьерная трубка; 8 — монтажная конструкция; 9 — тепловой экран; 1П вЂ” внешний корпус теплообменннна; 11 — внутренннй корпус теплообменника; 12 — лучистый экран; 13 — диски лучлстою экрана; 14 — ссгпо; 15 — электронагревательный элемент; 16 — тепловой экран газогенератора; 17 — паяный патрубок; 18 — газоотволящая трубка; 19 — камера раэложення газогенератора; 20— электропологреватель пакета катализатора; 21 — форсуночная головка; 22 — тепловой шунт; 23 — деталь крепления клапана; 24 — злектропопогреватель клапана; 25— термонэоляцнонная простенка 165 Пакет катализаторов указанных двигателей аналогичен пакету стандартного гидразинового ЖРД тягой 0,89 Н (12 таких двигателей входят в ДУ этих же ИСЗ), разработанного для программы "Вояджер" и используемого в настоящее время на всех ИСЗ фирмы НСА.
Камера разложения имеет конический золоченый тепловой экран. Сопло заменено газоотводящей трубкой, поцсоединенной к теплообменнику, Он состоит из двух концентрических цилиндрических секций с осевыми элементами, направляющими поток к коническому соплу. В централь. ной части теплообменника размещен электроподогреватель продуктов разложения. Он снабжен лучистыми экранами для предотвращения тепловых потоков в осевом направлении.
Лучистые тепловые потоки от электронагревателя достигают внутренней секции теплообменника. Продукты разложения, омывающие эту секцию, поглощают теплоту с соответствующим повышением их температуры. Теплообменнвк имеет ряд экранов, предотвращающих утечки теплоты в окружающую среду. Указанные камеры в случае выхода из строя электродвигателя продуктов разложения работают в режиме разложения гидразина в присутствии катализатора.
Ресурс работы однокомпонентных ЖРДМТ очень большой, он снижается лишь при использовании электронагревателей, которые имеют ограниченньзй ресурс. Гнцразиновые ЖРДМТ широко применяют в ДУ ориентации КА и ИСЗ. Такие двигатели обычно работают в режиме коротких по времени (до 7...10 мс) импульсов и поэтому процессы в камере и других узлах таких двигателей являются нестационарными. В качестве материалов камер однокомпонентных ЖРДМТ обычно выбирают жаропрочные сплавы, так как при этом материалы должны выдерживать высокую температуру и сложное воздействие газообразных продуктов (в частности, нитридов) разложения гнцразина в течение длительного времени; например, камеру ЖРД ИСЗ "Интелсат 1У А" изготавливают из кобальтового сплава 1-605.
Применяют также сплав "Хастеллой-В", коррозионно-стойкую сталь и другие материалы, Камеру ЖРДМТ КА, предназначенного для полета к внешним планетам Солнечной системы, намечено изготовить из алюминия, анодированного для уменьшения отражения солнечного излучения. Запас прочности при проектировании камер ЖРДМТ выбирают равным полтора, а разрушающее давление — вдвое больше максимального рабочего давлении. Изготовление камер ЖРДМТ отличается относительной сложностью из-за малого диаметра минимального сечения сопла (0,8 мм и менее); в частности, достаточно сложно обеспечить с высокой точностью плавный переход от сужающейся части соила к расширяющейся.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
