Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Для бака окислителя величина у вследствие догорания будет меньше, чем для бака горючего; для малых двигательных установок значение величины у надо брать большее, так как в этом случае относительная поверхность теплоотдачи баков и газопроводов ббльшая. Окончательная формула для определения необходимой поверхности горения заряда ТТ с учетом охлаждения продуктов сгорания примет вид р Рб'кл «рпЯТВ Для того чтобы при всех условиях обеспечить заданное значение давления газов в баке, скорость горения ТТ и в формуле (9.76) рассчитывается при наименьшей возможной в эксплуатации температуре начала горения заряда ТТ по формуле (9.68).
Если температура начала горения будет больше расчетной, то и скорость и будет большей, вследствие чего расход и давление газов будут больше расчетного. Тогда избыток давления в камере сгорания ПАД необходимо стравливать предохранительным клапаном. В случае использования заряда торцевого горения его потребная длина А подсчитывается исходя из необходимого времени работы ЖРД тр.
Е = итр, м. (9.77) При расчете длины заряда скорость горения пороха и надо брать исходя из наибольшей возможной температуры начала горения, а следовательно, из наибольшей скорости горения топлива. Если величину и брать по средней или наименьшей температуре, длина заряда Ь будет недостаточной для обеспечения необходимого времени работы ЖРД при повышенной температуре окружающей среды, и подача компонентов жидкого топлива в необходимом количестве прекратится раньше, чем это должно произойти. Пусковой пороховой аккумулятор давления Пусковой ПАД необходим, в первую очередь, для быстрого заполнения газами объемов баков.
Газопроизводительность его должна обеспечить бы- 470 Глава 9. Двигательные установки с вытеснительной системой подачи стрый набор рабочего давления в баках во всем диапазоне температур эксплуатации ЖРД. Масса пускового заряда определяется расчетом по наибольшим свободным объемам баков и трубопроводов при наименьшей температуре эксплуатации ЖРД. При работе пускового ПАД количество газов, выделившихся за время его работы, должно быть таким, чтобы поднять давление в объеме 1г, б до заданного давления подачи рб, т. е.
М Рб вввьб Рб ввоб РТб (9.78) Для обеспечения быстрого выхода установки на режим для заряда пускового ПАД применяют быстрогорящие составы ТТ. Для увеличения скорости горения камера сгорания пускового ПАД работает при давлениях, значительно больших, чем давление подачи. Потребную длину торцевого заряда ТТ определяют из условия в'п итп где и — скорость горения заряда ТТ при среднем давлении в камере сгора- ния ПАД и наименьшей температуре заряда при эксплуатации; тв — задан- ное время выхода ЖРД на рабочий (номинальный) режим.
Вытеснительная подача с жидкостным аккумулятором давления Жидкостным аккумулятором давления (ЖАД) называется газогенератор, вырабатывающий продукты сгорания для вытеснения топлива из баков ЖРД за счет сжигания жидких топлив. Принципиально в качестве ЖАД возможно Очевидно, что масса заряда ТТ до сгорания М„, равна массе образовавшихся продуктов сгорания ТТ: М„, = М„,. При работе пускового ПАД так же, как и при работе основного, продукты сгорания, поступающие в бак, охлаждаются за счет теплоотдачи через стенки системы и в вытесняемую жидкость. Это снижение температуры газов учитывается введением коэффициента у„>1. Пусковой ПАД работает в начальный момент работы ЖРД; при этом разогревается баковая система, что вызывает еще большее снижение температуры газов.
Поэтому для пускового ПАД коэффициент у„принимается большим„чем для основного, и равным 5...б. С учетом сказанного выше масса пускового заряда ТТ определяется по формуле 9.6. Вытеснительные системы подач аккумуляторами давления 471 использовать и однокомпонентные, и двухкомпонентные газогенераторы. Обычно используют двух- компонентные, работающие на самовоспламеняющихся компонентах.
По массовым характеристикам системы подачи с ЖАД несколько лучше, чем газобаллонная, однако они сложнее системы подачи с ПАД и газобаллонной системы. На рис. 9.23 и 9.24 приведены элементарные схемы систем подачи с ЖАД. При системе подачи с ЖАД, выполненной по схеме, представленной на рис. 9.23, давлением газа компоненты топлива вытесняются из бачков 3 в ЖАД 4 баков горючего и окислителя. Для снижения температуры продуктов сгорания ЖАД работает при смещенном коэффициенте избытка окислителя а. При этом для того, чтобы в баках окислителя и горючего не происходило догорания газов, ЖАД, подающий газы для вытеснения окислителя, работает с большим избытком окислителя (а = 6...10), а ЖАД, подающий газы для вытеснения горючего, работает с большим избытком горючего (а = 0,1...0,3). Расчет жидкостного аккумулятора давления проводят в следующем порядке.
1. Зная компоненты, на которых будет работать ЖАД, и давление подачи, задаемся температурой газа, вырабатываемого ЖАД. 2. Определяем коэффициент избытка окислителя, при котором в ЖАД получаем заданную температуру газа. При этом, как указывалось, для ЖАД, вырабатывающего газ, вытесняющий окислитель, берем а» 1, а для ЖАД, подающего газ в бак горючего, берем а «1. Обычно для данного топлива температура горения и величина ЯТ для конкретного а берутся из справочных таблиц термодинамических свойств продуктов сгорания или определяются по универсальным программам термодинамических расчетов. 3.
Зная КТ и давление подачи, определяем плотность получившихся продуктов сгорания по уран Рис. 9.23. Схема вы- тесиительной подачи с ЖАД: ! — газовые аккумуляторы давления; 2 — редукторы давления; 3 — бачки для компонентов ЖАД; 4 ЖАД; 5 — баки; б — мем- браны; 7 — камера двига- теля для каждого из ЖАД нению состояния газа: 472 Глава 9.
Двигательные установки с вытеснительной системой подачи Рб Рс.г = тж.г 0= — ' Рс.г тж.г Дорс.г Дс (9.79) ЯТ о (ЯТ) г ° г гзг Рб г Ыс (,) зг'ж г. При системе подачи, работающей по схеме, приведенной на рис. 9.24 (двигательная установка ракеты «Вероника»), компоненты из бачков 5 вытесняются сжатым газом в ЖАД 6, где происходит сгорание. Добавкой охладителя из бачка 4 продукты сгорания охлаждаются до температуры 1100 К.
Образовавшиеся газы (смесь продуктов сгорания и паров охладителя) поступают в топливные баки для вытеснения компонентов. Для предотвращения возможности догорания в топливных баках топливо ЖАД и охладитель подбираются так, чтобы образовавшиеся газы были ней- Рис. 9.24. Система подачи с ЖАД и охлаждением продуктов сгорания: ! — воздушные аккумуляторы давления; 2 — отсечные клапаны; 3 — редукторы; 4 — бачок с олладителем; 5 — бачки с компонентами для ЖАД; 6 — ЖАД; 7 — смесителзй 8— бак 4. Очевидно, так же, как и при расчете ПАД, для каждого бака выполнено равенство (9.72): где Д, — секундный освобождаемый объем бака, т „— секундный расход компонентов в камере сгорания ЖАД. На основании формул (9.73) и (9.72) определяем необходимый суммарный расход компонентов в ЖАД: 5.
Так же, как и при подаче с ПАД, поступившие в баки газы охлаждаются. Следовательно, секундный расход компонентов необходимо увеличить во столько раз, во сколько раз уменьшается температура образовавшихся газов. Это увеличение расхода учитывается коэффициентом з1г, >1. Окончательные расчетные формулы для ЖАД бака окислителя и бака горючего соответственно имеют вид 9.б. Вытеснительные системы подач аккумуляторами давления 473 тральны по отношению к вытесняемым компонентам.
Соотношение количеств топлива и охладителя выбирается исходя из условия получения необходимой температуры газов. Суммарный расход компонентов и охладителя определяется по уравнению (9.79), где Я вЂ” газовая постоянная и Т вЂ” температура смеси продуктов сгорания и паров охладителя. Жидкостная ракетная двигательная установка с комбинированной системой подачи Разновидностью ЖРД с комбинированной системой подачи является объединенная двигательная установка управления орбитальным кораблем «Буран»ь в которой горючее — керосин — в камеры сгорания подается из специальных баков, снабженных эластичной мембраной, а окислитель — газообразный кислород — вырабатывается в газогенераторе-газификаторе в процессе сжигания жидкого кислорода с керосином при значительном недостатке последнего (а» 1).
Пневмогидравлическая схема блока газификации окислителя представлена на рис. 9.25 1391. Блок газификации предназначен для по- В ресиверы Дренаж Дренаж Горючее Из ресиверов при запуске 12 Рис. 9.25. Пневмогидравлическая схема блока газификации окислителя (39): ! — регулятор расхода; 2 — пусковой клапан; 3 — злекгросвеча; 4 — газогенератор; 5 — регулятор температуры; 6 — турбина; 7 — насос окислителя; 3 — бак жидкого кислорода; 9 — сепаратор влаги и сажи; 10 — злектронасос горючего; !!— резервный ресивер для запуска; 12 — влагопоглотнтелгп !3 — дренажный клапан; 14 — злектроклапан; 15 — обратный клапан 474 Глава 9.
Двигательные установки с вытеснительной системой нодачи дачи газообразного кислорода в два ресивера, из которых кислород поступает в двигатели управления. При работе реактивной системы управления давление в ресиверах уменьшается и по команде сигналнзатора, настроенного на значение 2,94 МПа, начинает работу блок газификации. Жидкий кислород поступает в насос, который подает его в газогенератор. Одновременно в газогенератор подается при помощи электронасоса керосин.
Топливная смесь воспламеняется электросвечой н сгорает при соотношении К = 100. Продукты сгорания, состоящие из кислорода с незначительным содержанием углекислого газа, паров и капель воды при температуре 333 К, поступают на привод турбины, а затем в ресиверы. Отсепарированная жидкая фаза собирается и выбрасывается в окружающее пространство. При достижении в ресиверах давления -5 МПа по сигналу реле давления блок газификации отключается. 9.7. Двигательные установки с предварительной заправкой Главным преимуществом ЖРД по сравнению с ракетными двигателями твердого топлива являются их более высокие энергетические характеристики (т.
е. удельный импульс). Кроме того, преимущества двигательных установок с ЖРД состоят в возможности обеспечения многократного запуска и регулирования тяги в широких пределах. Однако крупными недостатками ЖРД по сравнению с РДТТ являются относительно большое время подготовки к запуску и ограниченные возможности длительного хранения ракеты с ЖРД в состоянии постоянной готовности к запуску. Это сокращает области возможного использования ЖРД. Поиски систем, объединяющих в себе основные преимущества ЖРД с достоинствами РДТТ, привели к разработке ЖРД с предварительной заправкой топлива или ЖРД ампульных схем 1401.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
