Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 46
Текст из файла (страница 46)
В зависимости от дальнейшего использования рабочего тела, вышедшего из турбины ТНА, двигательные установки с ТНА разделяют на работающие по открытой (без дожигания) и замкнутой (с дожиганием) схемам. В установках, работающих по открытой схеме, рабочее тело из ТНА через выхлопные патрубки б выбрасывается в окружающее пространство или подается по специальному газоводу в закритическую часть сопла (двигательная установка г-1 ракеты-носителя «Сатурн-5»; см.
далее рис. 6.31). При замкнутой схеме (такие схемы называют также схемами с дожиганием или закрытыми) отработавшее в турбине рабочее тело (генераторный газ) поступает в камеру сгорания (дожигания), где оно дожигается и используется для создания тяги (см. гл. Ч1П). Меньше распространены вытеснительные системы, в которых компоненты вытесняются из баков с помощью аккумулятора давления. Вытеснительные системы подачи разделяют по типу аккумулятора давления на газобаллонные и системы с пороховым (ПАД) или жидкостным (ЖАД) аккумулятором давления (см. 8 9.6).
Элементарные схемы вытеснительных систем приведены на рис. 9.2, 9.19 и 9.23. Основное преимущество турбонасосных систем состоит в том, что топливные баки не находятся под давлением подачи компонентов. Это позволяет выполнить топливные баки большого объема при сравнительно небольшой массе. Недостаток турбонасосных систем состоит в относительной сложности конструкции ТНА.
282 Глава б. Двигательные установки 60 й 50 д 40 30 4 20 о. И 10 й 0 5 1О 20 50 100 400 Р, кН Рис. 6.2. Области применения насосных н вытесннтедьных систем подач: А — область вытеснительной подачи;  — область подачи с ТНА Вытеснительные системы, в целом, проще, однако главный их недостаток заключается в том, что топливные баки находятся под давлением подачи компонентов.
Вследствие этого растет необходимая толщина стенок баков и их масса, что решающим образом сказывается на массе всей двигательной установки как при увеличении времени работы ЖРД (т. е. объема баков), так и при увеличении необходимого давления подачи. Поэтому двигательная установка с вытеснительной системой может успешно конкурировать с установкой, имеющей турбонасосную систему подачи, только при небольшом импульсе тяги установки Рт, (небольших объемах топливных баков) и при невысоких давлениях в камере (невысоких давлениях подачи).
На рис. 6.2 показаны области рационального применения турбонасосной системы и вытеснительной газобаллонной системы подачи холодным газом в зависимости от тяги и продолжительности работы двигателя (анализ работы двигательных установок с вытеснительной системой подачи приведен в гл. 1Х). б.2. Двигательные установки с турбонасосной системой подачи Основные способы получения рабочего тела для ТНА Одним из основных признаков, определяющих различие турбонасосных систем подачи, является способ получения рабочего тела для привода ТНА. По этому признаку турбонасосные системы подачи можно разделить на следующие: а) системы с жидкостным газогенератором (ЖГГ), в котором рабочее тело образуется в результате сгорания горючего и окислителя; 6.2.
Двигательные установки с турбонасосной системой подачи 283 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1О 1! 12 13 14 15 16 17 18 23 24 25 26 19 20 21 22 Рис. 6.3. Обобщенная схема системы подачи с ЖГГ: ! — бак горючего; 2, 4 — отсечные клапаны ЖГГ; 3 — ЖГГ; 5 — регулятор соотношения компонентов в ЖГГ; 6, 18, 20, 26 — отсечные клапаны; 7 — турбина;  — насос горючего; 9, 13, 24, 25— дроссели; !0 — ЖГГ наддува бака горючего; !1, !2 — отсечные клапаны ЖГГ наддува; 14 — регулятор соотношения компонентов в камере сгорания; !5 — испарителзб 16 — выхлопной патрубок; 17 — камера сгорания; 19 — бак окислителя; 2! — пусковой ПАД; 22 — насос окислителя; 23 — регулятор давления в камере; — — — — — магистраль задающего давления б) системы с парогазогенератором (ПГГ), в котором рабочее тело образуется в результате разложения одного компонента (перекиси водорода, изопропилнитрата, НДМГ и т. д.); в) системы с приводом турбины паром, образующимся в охлаждающем тракте; г) системы с приводом турбины горячими газами, отбираемыми из камеры сгорания; д) системы с приводом турбины продуктами сгорания пороха.
Наибольшее распространение получили системы с ЖГГ и ПГГ. Жидкостные газогенераторы обычно работают на основных компонентах ЖРД, и поэтому главным их достоинством является отсутствие необходимости размещения на борту ракеты третьего компонента. Компоненты в ЖГГ обычно подаются теми же основными насосами, которые подают компоненты в камеру ЖРД (рис. 6.3). Однако при этом требуется специальное устройство для раскрутки ТНА при запуске. Системы с ПГГ (рис.
6.4) надежны в работе. Кроме того, при использовании ПГГ, работающего, например, на продуктах разложения перекиси водорода, упрощается проблема запуска всей установки. Однако большим недостатком такой системы является необходимость иметь на борту ракеты третий 284 Глава 6. Двигательные установки компонент для питания ПГГ, поскольку, как правило, основные компоненты ЖРД неприменимы для разложения в ПГГ.
Это приводит к потребности в дополнительной емкости и отдельной системе агрегатов и магистралей для заправки емкостей и подачи рабочего тела в ПГГ, что усложняет двигательную установку и затрудняет ее эксплуатацию. Вследствие этого недостатка парогазогенераторы вытесняются ЖГГ, работающими на тех же компонентах, что и ЖРД. 1 2 3 1 12 13 14 1516 17 18 19 20 21 1 2 3 4 5 6 789 10 1 25 24 2326 Рис. 6.4. Обобщенные схемы систем подачи с ПГГ: а — вытеснительная подача перекиси; 6 — насосная подача перекиси; ! — воздушный (или газовый) аккумулятор давления; 2 — отсечной клапан; 3 — редуктор наддува; 4 — бак окислителя; 5 — бак горючего; 6 — бак перекиси; 7 — отсечной клапан перекиси; В— регулятор давления в камере; 9 — ПГГ; 10, 11,!8, 19 — отсечные клапаны; 12 — турбина; 13— насос горючего; ! 4 — насос окислителя; 15 — выхлопной патрубок; ! 6, 21 — дроссели; ! 7 — регулятор соотношения компонентов; 20 — камера; 22 — редуктор подачи; 23 — обратный клапан; 24 — магистраль подачи газа от наземной системы запуска; 25 — разъем; 26 — насос перекиси; — — — — — магистраль задаюшего давления б.2, Двигательные установки с турбонасосной системой подачи 285 Привод турбины ТНА парами одного из компонентов, образующимися в системе охлаждения, находит применение вследствие использования водорода в качестве охладителя (см.
рис. 8.7). Как мы увидим далее Я 8.2), особенностью такого способа привода ТНА является обеспечение наибольшей работоспособности газифицированного компонента, что определяет возможную величину давления подачи компонентов, а следовательно, и давления в камере. При сравнительно невысоких давлениях в камере сгорания, порядка 3... 4 МПа, применение этого способа вполне оправдано. Привод турбины за счет отбора газа из камеры сгорания распространения не получил из-за трудностей, возникающих при отборе продуктов сгорания из камеры двигателя. Привод турбины продуктами сгорания пороха„образующимися в пороховом аккумуляторе давления (ПАД), используется только для запуска ТНА. Основные элементы двигательной установки с ТНА На рис. 6.3 и 6.4 показаны обобщенные типовые схемы двигательных установок, имеющих турбонасосную систему подачи с ЖГГ или ПГГ.
Указанные схемы не принадлежат какому-либо определенному двигателю и приведены для того, чтобы показать разнообразные способы подачи рабочего тела в газогенератор и основные элементы установки, обеспечивающие ее нормальную работу. В зависимости от назначения двигательной установки может отпасть необходимость в некоторых системах или агрегатах и могут быть применены другие способы обеспечения работы того или иного агрегата установки, однако в двигательной установке с ТНА всегда должны быть предусмотрены следующие системы; — запуска и останова; — наддува баков; — обеспечения заданного режима работы; — заправки и слива компонентов.
Кроме того, в некоторых случаях необходимо предусмотреть дополнительные системы, обеспечивающие выполнение специальных задач, например переход с одного режима работы на другой, работа установки при выходе из строя одной из камер, управление направлением вектора тяги, уменьшение импульса последействия и т. д. Необходимый режим работы каждой системы и их совместная работа обеспечивается системой управления и регулирования ЖРД. Рассмотрим основные из указанных систем.
286 Глава 6. Двигательные установки Системы запуска и остаиова Системы, обеспечивающие запуск и останов ЖРД, в общем случае включают в себя: а) системы подготовки установки к запуску (продувки, захолаживания, подачи пусковых компонентов и т. д.); б) систему агрегатов, обеспечивающих запуск и останов (пусковые устройства — стартеры, клапаны включения и отсечки подачи топлива, мембраны и т. д.); в) разветвленную сеть различных блокировок, обеспечивающих определенную последовательность срабатывания агрегатов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
