Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Кроме того, к шаробаллону приварен кронштейн 3, предназначенный для установ. ки ЭПК, управляющего подачей сжатого азота из шаробаллона. Все детали шаробаллона — стальные. Выбор вида вытесняющего газа. Рассмотрим факторы, существенно влияющие на конечное состояние вытесняющего газа и, следовательно, на его массу, которая должна быль возможно меньшей. 1. Испарение компонентов топлива. Компоненты топлива испаряются с поверхности раздела жидкость — газ в различной степени. Масса испарившихся компонентов зависит от их давления насыщенного пара, температуры вытесняющего газа, его турбулентности, состояния поверхностного слоя жидкости, геометрии бака (включая его внутренние элементы конструкции) и скорости вытеснения компонентов из баков. При наличии испарения температура вытесняющего газа уменьшается, 337 и в него добавляется пар компонента. Кроме того, при работе двнгател уровень компонентов топлива в баках непрерывно уменьшается, и на стенках бака может оставаться пленка жидкости, которая в дальнейшем испаряется и в вгще пара поступает в вытесняющий газ.
2. Температура стенок бака. Если вьпесняющий газ более горячий, чем стенки бака, то последние нагреваются, а газ охлаждается. С другой стороны, аэродинамический нагрев стенок бака может приводить к подог- ' реву вытесняющего газа; он может также подогревать компоненты топлива и увеличивать их испарение. 3.
Конденсация лара. Некоторые вещества вытесняющего газа (нап-, ример, вода) могут конденсироваться. Даже в том случае, когда температура основной части газа находится выше точки росы конденсирующегося вещества, местная конденсация может возникать на стенках бака или на свободной поверхности компонента. 4. Растворимость вьпегняющего газа. Если вытесняющий газ содержит вещества, которые могут растворяться в компоненте топлива, то может происходить диффузия указанных веществ. Растворимость в основном определяется температурой и давлением.
Газонасыщение компонентов топлива влияет на характеристики ЖРД. 5. Сжатие вытесняющего газа. Если перед началом работы вытеснител~ ной системы газ подушки имеет низкое давление, то поступающий вытесняющий газ обеспечивает адиабатное сжатие газа подушки, что может привести к значительному росту температуры в начале работы двигателя.
б. Химические реакции, Если какое-либо вещество вьпесняющего газа обладает химической активностью к компоненту топлива, то в газе могут быть продукты химических реакций. 7. Турбулентность вытесняющего газа, Для уменьшения теплообмена между вьпесняющнм газом и компонентом топлива необходимо исключить турбулнзацию поверхности компонента газом; для этой цели газ вводят в подушку бака таким образом, чтобы обеспечивалось его плавное растекание к верхней части бака и затем по его стенкам.
Использование гелия несколько ограничено из-за его высокой стоимости и сложности хранения и транспортировки гелия в связи с необходимостью предохранения газа от образования недопустимого количества влагив цистернах с гелием. Для ЖРД, у которых горючим является жидкий водород, вытесняющим газом в баке жидкого водорода целесообразно выбирать водород, обладающий наименьшей молекулярной массой нз всех химических элементов. Азот намного дешевле, чем гелий и его легко получать, но он имеет относительно большую молекулярную массу. С учетом изложенного основными требованиями к вытесняющему газу являются 1) низкая молекулярная масса вытесняющего газа; 2) отсутствие конденса , а также растворения вьпесняющего газа (в случае его непосредственн нного контакта с компонентом топлива); 31 нейтральность ь по отношению к компонентам топлива; 4) стабильность в условиях длительного хранения, В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяет гелий, явю м газом с низкой молекулярной ляющийся инертным неконденсирующи У ИСЗ КА кроме ЖРД с вытеснительной подачей входят Если в Д или аботы РД холодного газа, то газ, газ, оставшийся в баллоне после завершения ра ЖРД, целесо разно расх об расходовать в указанном РД, что позволит увеличить с ок эксплуатации или ИСЗ КА.
Остатки вьпесняющего газа можно ис- Р , Например, остатки гелия в сферических пользовать для других целей, ап ой ст пени японской РН И сбрасываются через сопла противо- тяги что о что обеспечивает разделение ступени и увод огра отавш н на ени. На баллон ЖРД КА, предназначенных для посадк второи ступени.
а пения газа другие планеты, мо,. огут устанавливать пироклапан для сброса дав я нз баллона после прекращения работы двигателя. 13.2. РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА Общая характеристика разделительных устройств. Система подачи компонентов то топлива предназначена для подвода свободных от газовой Дл ДУ ИСЗ, КА и КК, которые могут работать в условиях отрицатель~ц~я а; нли близких к нулю ускорений, система подачи должн; ныхнли лизк забо ным стооеспечивать к б ть контакт всего компонента или его части с з р у ройством бака; ное ст йство при запуске предотв редотвращать попадание газа в заборное устройство аботы ДУ независимо от направления вектора ускорени яЛА; и во время ра ты н еханические сводить к м инимуму воронкообразование, захват газа и м загрязнения, снижающие эффективность работы ДУ.
В б . 13,1 п иведены преимущества и недостатки некоторых типов ннтельной подачи компонентов топлива для систем вытесните ь т ы с компонентами Ра тельные устройства должны быть совместимы с ком адели е л ае п вмененна вытесняющего газа повышенной те р умпе аттоплива и в случае прим н ры должны выдерживать длительный контакт с ним. роме о тельные устроиства долж должны быть непроницаемы для вытесняющего газа и компонентов топлива. Предпочтительн о применение разделительных устройств, допускающих многократную заправку равку с последующим опорожнением при ра оте после каждой заправки, ~х КА (нап иазделители. Их применяли в некоторых Ду,на рПоршневые разделители. тесняющего , КА "Ма инер"). Поршень движется под давлением вы ня со стенка- газа.
зтля о еспече . Дл б ния герметичности в месте контакта поршня с 339 ФИ ф щ о З ~~ х О х й с о о О ф О й Б Ф » й о о х с й х О х х й Ф щ х о щ о щ й й ф х о О х а О СО 8 о з щ д о о й ф а Ф Ф о Ф х йщ з Ф щ х о щ совхй хд "йх и о х':ха ощйх о О. й йдодя о ой»б ОЩОО" йх ° О О.'С й % й '„о х И щ Иф О Фщ йх о 8 д о Ф О О и * о о х й С О.
О о О О х ф 'й" ф о- Ф О о Х О ой бхо йдх Ооб йой х а. о и с' О ощо х» хо й с 'сао,, хйо х оп' о, й х о д х ох 8 ой" О х щ оф о:," о Ф й Ф % Оощ х. с й й щ х х Ф а О й х .с щ о х ОХ х х х о й с Ф х О О й, й о о с о Х О О щ йхо и о й й;," щ б Х о О О щ ойой С й О .с О В с с Оо-- СО Ф ф й х й щф й о О О. й хо х о х о о а » о о д О Ф й о Ф о о ха 0 О О щ х Ф о й О.
Н О О х О о с. сф обо щ хо а с с ххща Б щ»о й о до й о, о о хо в яох Я О Ф йхбо х Бощ ХСО Хю .с й щ о й х щ » щ щ о х Ф о 2$ О. хой щ 6йб х о ОО щ я х Х О. Ф щ сс - щ м м С $ о о В о х й Ф о о х й в х й щ в х » а О. д о б о о х О О Ф й :.
щ ~Б ФБ с й $ о Ф о »х щ о и й а х й с о о а а О Ф х » д Ф о й Б О й д а ххх Ффщ х м $5 Р .х о Нхйй » о й ф Б Х;с" Ф В Фйай Ф й о Обй щ д х'3»ц Офоо "дох я *ойй Г х б Фй офхх й щ х» й О о щ х . Ф б Ф о О Ф х х О о й ми х х й х ,с х О х о о й и Ф О о о *в я о о Фю = а охоо а Нйф -йо фой ах' Ф »о Ф О о ф~ о о о ао ай ' О о х х о ». хо ФйЙ О,", » х о х щ о й Ь з ы Ф й йх 1а я ы Ф й х х с ах д щ \ о ы 340 ми бака устанавливают уплотнительные кольца и предъявляют повышенные требования к точности выполнения внутреннего диаметра бака и к шеро. ховатости его стенки в месте контакта с поршнем, Трудности герметизации возрастают с ростом диаметра бака, Если диаметр бака большой, то по его продольной осн устанавливают ппок, что позволяет увеличить жесткость поршня.
В этом случае необходимо дополнительно обеспечить герметичность в месте контакта поршня со штоком, Силы трения, возникающие при движении поршня, увеличивают рабочий перепад давлений на поршне и нагрузку на бак при заданном давлении компонента топлива на выходе из него, Сильфонные разделители. Такие разделители могут использовать снльфон с большим ходом растяжения (с увеличением длины до 30 раз), При подаче вьпесияющего газа в снльфонный разделитель компонент топлива вытесняется из цилиндрического бака вследствие увеличения длины н, следовательно, объема сильфона, В небольших ЖРД применяли металлические сильфонные баки, При их размещении в общем цилиндрическом баке и подаче вьпесняющего газа между снльфонными баками обеспечивается вытеснение компонентов из обоих баков, Сильфонные разделкгели обеспечивают вьюокий коэффициент вытеснения н большое (до 1000) число циклов срабатывания.
Металлические сильфонные баки (типа "гармошки") использовались во вспомогательной ДУ ракетной ступени "Аджена" с ЖРД тягой 880 и 71 Н. Такие баки облацают хорошей надежностью и рассчитаны на многократное использование. Разделители в вице эластичных мешков. Возможно применение двух вариантов: с надувным мешком и с эластичными топливными баками. При использовании надувного мешка его размещают внутри сферичеа кого нли цилиндрического бака, При наполнении мешка вытесняющим газом компонент топлива вытесняется из бака. В цилиндрическом баке надувной мешок может крепиться на трубе, проходящей по оси бака, При такой конструкции бака смещение центра масс сводится к минимуму.
По зарубежным данным, для вытеснения жидкого водорода целесообразно использовать стенки мешка, состоящего из 10 слоев майларовой пленки и полнамидной пленки толщиной 6 и 12 мкм каждый соответственно. Надувной мешок может играть роль газовой подушки. Зласгичньсе топливные баки размещаются в прочной оболочке, в которую подается вытесняющий газ. При обжатин эластичных баков обеспечивается вытеснение компонентов топлива в двигатель.
В сферической оболочке могут быть размещены два полусферических бака (с окислителем н горючим), При сдавливании эластичных баков давлением газа должно быть по воэможности исключено образование острых кромок н складок,так как зто может привести к преждевременному разрушению эластичной стенки, При использовании конструкции упругих мешков и эластичных баков нх можно многократно (до 300 раз) заполнять компонентами топлива и опорожнять без разрушения разделительных устройств, 341 Материалы надувных мешков и эластичных баков должны обладать малой проннцаемостью для гелия, эластичностью, прочностью и теппоизо- лирующими свойствами, В качестве материалов надувных мешков и .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
