Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Образование воронок на поверхности компонента возможно также вследствие действия струи входящего газа при вытесни- тельной системе подачи или при наддуве баков. 297 б.4. Топливные баки Особые требования к заборным устройствам предъявляются при работе двигательной установки в условиях невесомости. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, в условиях невесомости расположение жидкости в баке зависит главным образом от соотношения между величиной силы поверхностного натяжения жидкости на границе раздела газ — жидкость и величиной силы сцепления жидкости со стенкой.
Если преобладает первое (как, например, у ртути),жидкость стремится отделиться от стенок и, приняв сферическую форму, плавать в баке. Если преобладает второе (как в случае жидкого кислорода или водорода), жидкость стремится смочить всю внутреннюю поверхность бака, и газовая фаза оказывается в центральной части бака, окруженная жидкостью. В обоих случаях может произойти оголение заборного устройства н нарушение бесперебойной подачи. Для предотвращения попадания газов из баков в ЖРД при запуске в условиях невесомости можно использовать капиллярные заборные устройства (КЗУ), конструкция и принцип действия которых изложены в монографии [30]. На рис.
6.11 приведены схемы различных устройств, применяющихся для обеспечения бесперебойной подачи компонентов. 14 14 Ь4 14 б Рис. 6.11. Схемы заборных устройств для подачи компонентов: а — качающийся заборник; б — вращающийся заборник; е — вытеснение поршнем; е, д, е, ж— подача с помощью эластичных мешков или диафрагм; з — бак с КЗУ; и, к — заборные устройства с воронкогасителями; ! — заборник; 2 — сильфон; 3 — поршень; 4 — подвод газа; 5 — эластичный мешок; 6 — диафрагма; 7 в КЗУ; 8 — накопитель; 9 — воронкогаситель 298 Глава б.
Двигательные установки Расчет объема баков Полный свободный объем бака Р складывается из следующих составляющих объемов: Р = Ррт, + К,р+ 1';.„ (6.6) где 1'р„, — расчетный объем бака, Р р — объем гарантийного запаса компонента, К„„— объем газовой подушки. При определении геометрических размеров объема бака необходимо учитывать загромождение бака изнутри трубопроводами, заборными и туннельными трубами. Приведем определения составляющих полного объема. Расчетный объем необходимого количества компонента ~р„„. Поскольку секундный расход т и время работы ЖРД известны, то тср к' расч Р (6.7) где р — плотность компонента, тр — время работы двигателя с момента отрыва ракеты от стартовой установки до момента останова двигателя.
Объем гарантийного запаса компонента )г р. В гарантийный запас входит количество компонента, расходуемое для работы двигателя на стартовой или пусковой установке от момента начала работы до момента взлета ракеты, и количество компонента, необходимое для обеспечения надежной работы ЖРД в последний период работы двигателя.
Устройства, представленные на рис. 6.11, а, б, имеют качающийся или вращающийся заборник, перемещающийся вместе с объемом компонентов. Ребра на конце заборника способствуют увлечению заборника за перемещающейся жидкостью, а также являются воронкогасителями, препятствующими вращению жидкости. Такие заборные устройства наиболее рациональны при работе ЖРД в условиях возникновения боковых или отрицательных инерционных сил при маневре ракеты (например, ЗУР).
Устройства, представленные на схемах рис. 6.11„в — з, исключают попадание газа в систему подачи благодаря эластичным или металлическим оболочкам, отделяющим жидкий компонент от газа. Такие устройства могут быть использованы при работе установки с ЖРД в условиях невесомости, а также при возникновении отрицательных или боковых инерционных сил.
При работе двигательной установки в условиях, не предполагающих резкого маневра ракеты (например, на баллистической ракете), для обеспечения бесперебойной подачи компонента часто достаточно установки воронкогасящих устройств, показанных на рис. 6.11, и, к. б.4. Топдивиые баки Время работы ЖРД на стартовой установке определяется, в основном, системой запуска двигателя. При пушечном запуске это время невелико и составляет десятые доли секунды; при ступенчатом запуске оно возрастает до нескольких секунд, поэтому при ступенчатом запуске двигателя нужен больший запас компонента. Гарантийный запас необходим также для компенсации возможных отклонений действительных секундных расходов компонента от расчетных.
С учетом указанных выше факторов в зависимости от способа запуска двигателя и маневренности ракеты величина К р может быть принята равной 2...5 % от Р'даоч. Объем газовой подушки 1х„„. Газовая подушка необходима для того, чтобы при увеличении температуры компонента во время хранения заправленной ракеты не происходило чрезмерного повышения давления в баках. При вытеснительной системе подачи газовая подушка также является демпфером, смягчающим процесс запуска.
Кроме того, газовая подушка необходима, чтобы обеспечить пространство в случае выделения газов, растворенных в компоненте, или его продуктов разложения. Объем газовой подушки определяют исходя из условия, чтобы при наибольшей, заданной техническими условиями рабочей температуре Т давление в баках не превышало заданного рв . Величина давления рв определяется конструкцией баков ракеты и особенностями гидравлической системы подачи.
При вытеснительной подаче величина рв не должна превышать давления разрыва мембран, так как иначе может произойти самопроизвольный запуск. При насосной подаче (разгруженные баки) величина рв определяется давлением наддува баков. Обычно величину Рв ,„ полагают равной 0,5...1 МПа. Зная рв, величину газовой подушки (х„„определяют из следующих соображений.
При заправке баков уравнение состояния газов для газовой подушки имеет вид Ро1'под = ~~Те. (6.8) где рв и Тв — давление и температура окружающей среды при заправке, М— масса газа, Я вЂ” газовая постоянная газа в подушке.
С увеличением температуры до Т,х давление в газовой подушке возрастает, объем газовой подушки при этом уменьшается на величину Л1х„„за счет увеличения начального объема компонента в баке при нагреве: Ь ~ под 1 хоппР (Тхаад Тп) (6.9) где ~3 — коэффициент объемного расширения компонента (табл. 6.1). Уравнение состояния газов при наибольшей температуре имеет вид Рв паап (1 под хх~ под) х)Лх~папх (6.10) Глава б. Двигательные установки 300 Подставляя в это выражение значения М и Л1"„д из уравнений (6.8) и (6.9), получим Р01 под Рб тхх 1~ под 1 хомтд(хтдх ТО)1 хххтах дхг О откуда после сокращений и преобразований имеем "гхомп0(Ттпх хО) под РОдтдх Рб тпхТО (6.1 1) Таблица 6.1 Значения коэффициента объемного расширения ~) для различных жидкостей нри 288 К 6.5.
Арматура систем подачи Пусковые и отсечные клапаны и устройства Назначение пусковых и отсечных клапанов и устройств — управлять запуском и остановом двигательной установки. Усилие, необходимое для открытия или закрытия клапана, может быть создано с помощью пневматической или гидравлической системы, электромагнита или пиропатрона. К арматуре системы подачи, обеспечивающей нормальную работу и заданные режимы работы двигательной установки, относятся пусковые, отсечные и регулирующие клапаны различных видов, реле, заборные, заправочные и сливные устройства баков, дроссельные шайбы, трубопроводы. Арматура каждой двигательной установки имеет свои особенности„определяемые назначением установки и специальными требованиями, предъявляемыми к ней.
Из широкого многообразия различных конструкций агрегатов арматуры рассмотрим примеры некоторых из них. Выход компонента лол оне х о Ю Рнс. 6.12. Отсечные клапаны: а — пневмоклапан; б — пироклапан; ! — штуцер; ! — поршень; 3 — пружина; 4 — корпус; 5 — седло; б — уплатняющая прокладка седла; 7 — клапан; 8 — входной штуцер; 9, !Π†уплотнен; !! — штифт; !3 †мембра; !3 — штуцер для пиропатрона зог Глава 6.
Двигательные установки На рис. 6.12, а показан пневмоклапак. В корпус 4 запрессовано седло 5 с уплотняющей прокладкой б. Клапан 7 прижимается к седлу пружиной 3 и давлением компонента. Клапан открывается при подаче на поршень 2 управляющего давления через штуцер 1. ! Утечка управляющего газа предупреждается уплотнением 10, а дренирование газа из полости под поршнем происходит через отверстие в корпусе. Уплотнение 9 препятствует утечке компонента в полость под поршнем. Закрывается клапан под действием пружины 3 при сбрасывании давления управляющего газа в полости над поршнем 2.
На рис, 6.12, б показан отсечной лироклапан. При срабатывании пиропатрона, установленного в штуцере 13, пороховые газы прорывают мембрану 12 и давят на хвостовик клапана 7. Под давлением газа штифт 11 ! — входной штуцер; 2 — корпус; 3 иыходнои штуцер 4 шток 5 срезается, клапан перемещается вперед и 6 — уплотнения; 7 — поршень; 8 — ЗаКЛИНИВаЕтСя В СЕДЛЕ КЛанаиа 5, ПЕрЕКрЫ- штифт; 9 — стакан; !Π— штуцер ллл вая проходное сечение. пиропатрона На рис.
6.13 показан пироклапан подачи газа высокого давления. При срабатывании пиропатрона, установленного в штуцере 10, пороховые газы давят на поршень 7. Заплечик штока 4, зажатый между корпусом 2 и входным штуцером 1, срезается, шток перемещается и заклинивается в корпусе, открывая доступ газа в выходной штуцер 3. В системах подачи ЖРД встречаются также сдвоенные или строенные клапаны, в которых один поршень открывает два или три клапана на линиях различных компонентов или на параллельных линиях одного компонента.
Передача движения от поршня к клапанам в этом случае производится с помощью качающихся рычагов. На рис. 6.14 приведен пример отсечного управляющего клапана с электромагнитным приводом. Такие клапаны часто называют просто ЭПК (электропневмоклапан). Он состоит из корпуса, в который ввернут входной штуцер 1, подводящий к клапану соответствующий компонент. Давление компонента вместе с усилием пружины 2 поднимает вверх нижний клапан 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
