Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Парогазовая смесь поступает на турбину 7 и приводит во вращение расположенные на одном валу с турбиной насосы горючего 1 и окислителя 4. Насосы подают топливо в магистрали к клапанам 3 и 5, закрытым еще для подачи компонентов, но открытым для проливки. Открываются клапаны 8 и компоненты поступают в пусковую камеру первой ступени 9. При этом окислитель проходит через испаритель 6, вследствие чего он поступает в камеру 9 в газообразном состоянии. Это обеспечивает ббльшую надежность при первом зажигании, так как предупреждает скопление большого количества топлива.
После воспламенения в пусковой камере 9 по сигналу от реле 21 открываются клапаны 5 пусковой камеры второй ступени 11. После начала работы пусковой камеры по сигналу от реле 10 открываются главные клапаны компонентов 3. Компоненты поступают в камеру двигателя 12, где воспламеняются от постоянного факела пламени, выходящего из пусковой камеры.
Останов двигателя производится подачей команды на закрытие главных клапанов. Подача топлива прекращается и включается продувка камеры 12 гелием. Пусковые камеры работают еще 0,5...1 с, способствуя сжиганию остатков компонентов топлива, вытесняемых гелием из магистралей в камеру. После прекращения горения в камере 12 закрываются клапаны пускового устройства и включается продувка их гелием. После продувки двигателя гелием и полной очистки его от остатков топлива двигатель готов к новому запуску.
Число возможных повторных запусков лимитируется запасом гелия для продувки (обычно их 4 — 5). Последовательность операций включения и останова двигателя обеспечивается автоматическим устройством, контроли- б.8. Примеры выполненных двигателей с турбонасосной подачей 333 рующим выполнение каждого этапа и после этого включающего следующую операцию. Тяга регулируется изменением расхода перекиси водорода, поступающего на привод ТНА, с помощью регулируемого (дроссельного) клапана 20. Сравнение приведенных установок Сравнение первых систем с системами более поздней разработки показывает, что требования к ЖРД как к силовой установке летательного аппарата резко возросли.
Это относится к точности соблюдения параметров двигательной установки, ее экономичности и надежности. Используются более совершенные топлива, увеличивается значение тяги, создаваемой отдельными камерами и двигательной установкой в целом. Несмотря на это наблюдается тенденция к упрощению двигательных установок и их элементов. Упрощение двигательных установок происходит как за счет применения более простых и рациональных схем, так и за счет совершенствования конструкций отдельных агрегатов. Можно отметить несколько основных направлений упрощения элементов двигательной установки, прежде всего относящихся к запуску установки. Сложные электропневмосистемы заменяются более простыми и надежными системами.
Совершенствование конструкции топливных клапанов позволяет упростить систему управления ими. Запуск двигательной установки также упрощается при использованиии для раскрутки ТНА порохового аккумулятора давления или подпора в топливных баках. Упрощаются различного рода регулирующие сервосистемы за счет объединения нескольких функций в одной сервосистеме. В настоящее время упрощение конструкции ДУ достигается за счет использования для привода ТНА основных компонентов.
Это позволяет избавить установку от третьего компонента (например, перекиси водорода) со всеми системами, обеспечивающими его хранение и подачу. Кроме того, к упрощению элементов конструкции двигательной установки ведут более рациональная схема расположения трубопроводов и клапанов, применение гибких шлангов, паяных узлов, более совершенных способов крепления двигателей и способов зажигания в камере сгорания ЖРД. Глава ТУРБОНАСОСНЫЕ АГРЕГАТЫ Основным агрегатом системы насосной подачи компонентов является турбонасосный агрегат (ТНА).
Главными элементами ТНА являются насосы, подающие компоненты с заданным давлением, турбина, служащая для привода насосов, и газогенератор (ЖГГ или ПГГ), в котором получают рабочее тело турбины. Проектирование ТНА включает проектирование этих элементов, а также вспомогательных устройств (пусковых устройств, патрубков и т. д.), общую компоновку их и определение характеристик совместной работы. Методика проектирования насосов и турбин ТНА в принципе не отличается от общепринятых методик проектирования центробежных насосов и авиационных турбин, но должна учитывать особенности применяемых компонентов топлива, условий работы и компоновки двигательной установки ЖРД.
Основы теории и проектирования агрегатов и узлов ТНА подробно изложены в работах ~2, 34, 35), поэтому рассмотрим только специфические особенности выбора основных параметров при проектировании отдельных агрегатов и ТНА в целом, а также некоторые характеристики ТНА. 7.1. Насосы дли подачи компонентов в ЖРД Насосы разделяют на следующие принципиально разные типы: объемные, лопастные и струйные. Объемные насосы подают жидкость, вытесняя ее каким-либо другим твердым телом, как, например, насосы плунжерные, поршневые, шестеренчатые и коловратные. В лопастных насосах энергия, необходимая для повышения давления жидкости, сообщается лопатками вращающегося колеса. К числу лопастных относятся центробежные и осевые насосы.
Схема струйного (инжекторного) насоса показана на рис. 7.1. Здесь компонент поступает в насадок 2. Из сопла 1 вытекает газ (или жидкость) высокой энергии, который увлекает компонент и прокачивает его через на- 335 7Н. Насосы длн подачи компонентов в ЖРД садок в полость повышенного давления. Повышение давления определяется энергией струи, вытекающей из центрального сопла. Достоинство струйных насосов состоит в их конструктивной простоте и отсутствии вращающихся частей.
Однако КПД этих насосов невысок и ~ л ы,<~, лля обеспечения подачи на привод ребуется Р 7 1 С Рнс. 7.1. Схема струйного набольшее количество газа, чем для ТНА. соса: Струйные насосы пока не нашли применения в 1 — сопла; 2 — насадок ЖРД как основные и устанавливаются, в частности, на входе насоса окислителя ЖРД РД-253. В турбонасосных агрегатах ЖРД обычно в качестве основных применяются центробежные насосы. В некоторых случаях для предотвращения кавитации в ТНА устанавливаются дополнительные осевые (шнековые) или струйные пред насосы.
При больших объемных расходах компонентов возможно применение осевых насосов в качестве основных. Основными достоинствами, определяющими преимущественное использование этих видов насосов в ЖРД, являются: — обеспечение высоких давлений подачи и производительности при малых габаритах и массе; — возможность работы на агрессивных и низкокипящих компонентах; — возможность работы с большим числом оборотов и удобство использования турбины для их привода. Схемы центробежных насосов На рис. 7.2 приведена схема одноступенчатого центробежного насоса. Жидкость по входному патрубку 1 подается на вращающееся колесо 2. В колесе насоса жидкость движется по каналу„образованному стенками колеса и лопатками 3. Усилие, действующее со стороны лопаток колеса на жидкость, заставляет ее двигаться так, что запас энергии в единице массы жидкости увеличивается. При этом происходит прирост как потенциальной энергии (статического давления), так и кинетической энергии жидкости (абсолютной скорости ее).
По выходе из колеса жидкость поступает в диффузор 4, где уменьшается ее абсолютная скорость и дополнительно возрастает давление. Простейший диффузор состоит из гладких дисков, составляющих его стенки, и называется безлопаточным. Лопаточный диффузор имеет неподвижные лопатки 5 (на рис. 7.2 показаны пунктиром), которые способствуют более быстрому гашению скорости потока. Пройдя диффузор, жидкость поступает в спиральный канал (улитку) б, назначение которого состоит в том, чтобы 336 Глава 7. Турбонасосные агрегаты 5 3 Рнс. 7.2. Схема центробежного насоса: ! — входной патрубок; 2 — колесо насоса; 3 — лопатки; 4 — диффузор; 5 — лопатки диффузора; 6 — сборник, или улитка; 7 — переднее уплотнение;  — подшипник вала; 9 — уплотнение подшипника собирать жидкость, выходящую из колеса, а также уменьшать ее скорость.
По нагнетающему патрубку жидкость подается в сеть. Чтобы уменьшить перетекание жидкости из полости высокого давления (диффузора, улитки) в область низкого давления, в насосе делаются уплотнения 7. Центробежные насосы выполняют с осевым, спиральным или двойным входом, одно- или многоступенчатые. Выбор осевого или спирального входа (рис. 7.3, а, б) определяется, в первую очередь, условиями компоновки ТНА и двигательной установки. Двойной вход (рис. 7.3, в) выполняют при больших расходах для уменьшения скорости на входе и тем самым для улучшения антикавитационных свойств насоса. Многоступенчатые насосы (рис. 7.3, г) применяют при необходимости получения особенно больших напоров.
б в г Рис. 7.3. Схемы центробежных насосов: а — с осевым входом; б — со спиральным входом; в — с двухсторонним входом г — многоступенчатый насос 337 7.!. Насосы длн подачи компонентов в ЖРД Основные величины, характеризующие работу насоса Для расчета насоса и оценки его основных свойств наиболее важными являются следующие величины. 1. Объемный расход жидкости, проходящей через насос Д, определяется из найденного в типовом расчете массового расхода компонента (т„или т,) по соотношению (7.1) где р — плотность компонента.
2. Напор насоса. Напор, создаваемый насосом, определяется необходимым давлением подачи р„„по формуле (6.12). Из этого давления необходимо вычесть давление жидкости на входе в насос. Таким образом, пеоепад давлений, создаваемый насосом, запишем следующим образом: (7.2) Лрн = рпп — рпх. Напор насоса Н выражается в Джlкг и характеризует увеличение энергии 1 кг подаваемого компонента: ~Рп Рнпх Рвх (7.3) Р Р 3. КПД насоса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
