Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для лучшего понимания рабочих процессов и особенностей расчета элементов ЖРД основные методы расчета иллюстрируются примерами. Ввиду ограниченного объема книги некоторые вопросы (турбонасосные агрегаты, регулирование и др.), рассматриваемые в специальных учебниках или пособиях, излагаются в сжатой форме. При этом даются только основные положения, необходимые для правильного подхода к проектированию установки в целом. Автор стремился избегать математических выкладок в Из нредисловия к нерваму изданию случаях, когда они не могут быть использованы.для непосредственных расчетов тех или иных элементов двигательной установки. При написании учебника автором были систематизированы сведения, опубликованные в периодической печати и книгах, а также использованы ранее опубликованные работы автора. Автор выражает глубокую благодарность профессорам С.Д.
Гришину, Ф. Л. Якайтису и доценту Ю. В. Крылову за ценные замечания и рекомендации, сделанные при рецензировании книги, а также профессору Г.Б. Синяреву за ценные советы, данные при совместном обсуждении книги. М В. Добровольский ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ Тридцать пять лет отделяют нас от момента выхода первого издания учебника М.В. Добровольского «Жидкостные ракетные двигатели».
Достигнутые успехи в использовании ракетно-космической техники для лунных экспедиций, долговременных орбитальных станций, многоразовых космических кораблей, стратегических межконтинентальных ракет и высокоточного ракетного оружия стали возможными благодаря постоянному развитию и совершенствованию конструкций и схем жидкостных ракетных двигательных установок, которые осуществляются несколькими поколениями ракетчиков-двигателистов. Преемственность конструкторов и научных сотрудников обеспечивается с конца 40-х годов ХХ в. подготовкой инженеров по специальности «Ракетные двигатели», в которой активно и плодотворно участвует все большее количество государств.
Среди обширной учебной литературы по ракетным двигателям можно выделить несколько учебников и монографий, которые признаны специалистами классическими. К их числу, несомненно, относится учебник Мстислава Владимировича Добровольского «Жидкостные ракетные двигатели» [1]. Вышедший тиражом 13 тыс. экземпляров, он давно стал библиографической редкостью.
Несмотря на появление новых учебников различных авторских коллективов 12, 3], эта книга до сих пор остается одной из самых востребованных у студентов и аспирантов, а также у обучающихся в бакалавриате и магистратуре. Успех учебника М.В. Добровольского объясняется блестящим методическим исполнением, доступной формой представления материала, четкостью определений, наличием примеров схем двигательных установок и расчетов основных элементов конструкции ЖРД, оптимальным применением математического аппарата для расчета характеристик теплофизических, химических, а также термодинамических процессов в ЖРД.
Все это делает учебник незаменимым для получения базовых знаний будущими ракетчиками-двигателистами, готовящимися участвовать в разработке ЖРД нового поколения. При подготовке второго издания была проведена большая работа по переводу физических величин в систему СИ и замене устаревшей терминологии жидкостного ракетного двигателестроения в соответствии с ГОСТ 17655 — 80 Предисловие ко второму изданию «Двигатели ракетные жидкостные.
Термины и определения». Кроме того, некоторые схемы двигательных установок, которые не используются в настоящее время, были заменены„во-первых, на более современные и, вовторых, на являющиеся наиболее интересными с точки зрения достигнутых тактико-технических показателей и реализованных конструкторских решений.
Следует отметить, что желание сохранить структуру и стиль изложения книги М.В. Добровольского наложило определенные ограничения на более широкое представление опубликованного в печати материала по отечественным и зарубежным ракетным двигательным установкам, оставляя это другим изданиям. Начиная работу над вторым изданием, коллектив кафедры «Ракетные двигатели» МГТУ им. Н.Э.
Баумана считал главной целью удовлетворение потребности в этом учебнике преподавателей, студентов и всех занимающихся разработкой или интересующихся ракетно-космической техникой. Кроме того, выход в свет второго издания является данью памяти одного нз основателей учебного процесса по специальности «Ракетные двигатели»вЂ” М.В. Добровольского. В заключение выражаем признательность рецензентам — профессорам А.А.
Козлову и Б.А. Соколову — за поддержку второго издания книги, а также помогавшему в подготовке рукописи доценту В.А. Буркальцеву и оформлявшим текстовой материал ко второму изданию Е.А. Устиновой и И.С. Аверькову. Д.А.Ягодников Глава ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖРД В настоящей главе приведены основные понятия и соотношения между параметрами, которые необходимо знать для изучения основ проектирования ЖРД.
При этом предполагается, что читатель знаком с основами ракетной техники и теорией рабочих процессов, протекающих в камере ЖРД, вследствие чего приводимые ниже понятия и соотношения даются конспективно, без выводов. Более подробно с выводом и анализом приводимых соотношений можно познакомиться в работах 121, 131. 1.1. Классификация ЖРД. Топлива Жидкостным ракетным двигателем называется ракетный двигатель, работающий на жидком ракетном топливе.
Жидкое горючее и жидкий окислитель подаются из баков в камеру двигателя, где в результате сгорания топлива образуются газообразные продукты высокой температуры (рис. 1.1). В сопле они расширяются от давления в камере до давления на срезе сопла и вытекают в окружающую среду с большой скоростью. Истечение газов из сопла является причиной возникновения реактивной силы двигателя. Классификация ЖРД Тип ЖРД принято определять по какому-либо характерному признаку (используемому топливу, схеме установки, способу подачи топлива, назначению и т.
д.). На рис. 1.2 приведена схема классификации ЖРД по основным Р» Р» ааааа горан ия р» Рис. 1.1. Схема н цикл жидкостного ракетного двигателя 1.1. Классификация ЖРД. Топлива Кислородные Азотнокислотные по окислителю Фтористые Лвухкомпонентные Водородные по Керосиновые по горючему топливу Гидразиновые С открытой схемой ЖГГ по ПГГ схеме по способу Турбонасосная по системе подачи Вытеснительная Газобаллонная Ракеты-носители ПАД по назначению Самолетные Охлаждаемые Торпеды Неохлажллемые Одноразовые Однокамерные Многоразовые Многокамерные по конструкции Сопла круглое Сопла кольцевое Рис.
1.2. Классификация ЖРД по условиям эксплуатации Олнокомпонентные Сзамкнугой схемой Баллистические ракеты Метеорологические ракеты Космические корабли отдельных элементов получения рабочего тела Перекисеводородные Диметилгилра- зиновые Перекисеводородные Пар из системы охлаждения Отбор газа из камеры Самовытесннтельная Глава 1. Общие сведения а ЖРД 14 характерным признакам. Работа жидкостных ракетных двигателей, имеющих различные схемы, способы подачи, конструктивные элементы, условия эксплуатации, а также основные свойства и типы применяемых топлив, изучена в последующих главах книги. Поэтому здесь мы рассмотрим только области применения ЖРД. Области применения ЖРД В основном, ЖРД применяют в ракетах. Они являются основным типом двигателей ракет-носителей или космических кораблей. На рис.! цветной вклейки представлена ракета-носитель «Союз-У» с двигательными установками 1-ой и 11-ой ступеней РД-107 и РД-108 соответственно.
На вклейке, рис. 2, показана многоразовая транспортная космическая система «Энергия-Буран», которая использовалась для вывода на орбиту многоразового орбитального космического корабля «Буран» или орбитальной полезной нагрузки массой 100 т 141. Широко используются ЖРД в баллистических ракетах дальнего действия (БРДЦ) и среднего радиуса действия, антиракегах, зенитно-управляемых установках (ЗУР), а также в метеорологических ракетах. Жидкостные ракетные двигатели являются одним из основных типов двигателей, используемых в космических кораблях в качестве тормозных двигательных установок исполнительных органов реактивных систем управления космическими летательными аппаратами (см. вклейку, рис.
3). На рис. 9.4 (см. далее) показана схема двигательной установки для ориентации космического корабля. Кроме использования в ракетных системах, ЖРД нашли применение и как двигатели неракетных систем; ЖРД устанавливают на самолетах в качестве основных двигателей или ускорителей старта (рис. 1.3). Топлива В отличие от теории тепловых машин, где топливом называют горючее, в теории ЖРД топливом называют окислитель и горючее. Свойства топлива при заданных окислителе и горючем определяются их соотношением, которое характеризуется коэффициентом избытка окислителя К а= —, Кт О где К ь и К вЂ” соответственно коэффициенты стехиометрического и дей- ствительного соотношения компонентов — отношения массового расхода окислителя к расходу горючего.
Величина а существенно влияет на основные характеристики топлива. 15 1.1. Классификалия ЖРД. Топлива Рис. 1.3. Запуск самолетного ускорителя РД-1-ХЗ В ЖРД различают топлива самовоспламеняющиеся, т. е. воспламеняющиеся при соприкосновении окислителя с горючим, и несамовоспламеняющиеся, т. е. требующие постороннего источника воспламенения. Различают также однокомпонентные (унитарные) и двухкомпонентные топлива, которые в основном применяют на практике.
Однокомпонентные топлива используют главным образом для привода турбонасосного агрегата (в системах с пороховым газогенератором) и в некоторых двигателях малых тяг (например, двигателях системы ориентации космических кораблей). Согласно условиям эксплуатации компоненты топлива разделяют на высококипящие и низкокипящие (криогенные), которые при нормальных условиях являются сжиженными газами (например, кислород, водород, фтор). Требования, предъявляемые к топливам ЖРД, можно разделить на три группы: а) основные, б) конструктивные, в) эксплуатационные. Основные требования определяются необходимостью получения наибольшего удельного импульса при возможно меньшей массе двигательной установки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
