Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Процесс воспламенения при запуске двигателя является важным процессом в отношении обеспечения безопасности и надежности его работы, так как небольшое запаздывание воспламенения приводит к накоплению в камере большого количества топлива с огромным запасом энергии, быстрое выделение которой может привести к взрыву и разрушению двигателя. Воспламенение топлива в двигателе может быть осуществлено следующими способами: подачей в камеру в момент запуска самовоспламеняющихся компонентов 1химическое зажигание), воспламенением рабочей смеси пороховым патроном 1ниротехническое зажигание) и, наконец, воспламенением компонентов с помощью электрической свечи 1'электрическое зажигание).
Классификация ЖРД по назначению Современные жидкостные ракетные дви~гатели применяются на многих реактивных аппаратах. Конструктивное выполненве ЖРД в большой степени зависит от их назначения, поэтому двигатели классифицируются по способу применения, например: двигатели дальних ракет, зенитных ракет, двигатели для самолетов, ускорители и пр. й 6. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЖРД Космические ракеты и искусственные спутники Земли ЖРД обладает двумя принципиально новыми качествами, отличающими его от других реактивных двигателей: он может работать вне земной атмосферы и сообщать летательному аппарату очень большие скорости. К.
Э. Циолковский первый оценил колоссальные возможности, о~крываемые этими качествами ЖРД. В своих работах он высказывал иден об использовании жидкостного ракетного двигателя для космических полетов и открытия новых мест для расселения человечества во вселенной, В одной из своих первых работ в 1903 г. К Э Циолковский писал: «В далеком будущем уже виднеются сквозь туман перспективы до такой степени обольстительные и важные.
что о них едва ли теперь кто мечтает1», В своих дальнейших работах Циолковский конкретизирует эти перспективы; он пишет: пп«ег«д «Но зато„как прекрасно будет достигнутое. й па Завоевание солнечной системы даст не только энергию и жизнь, которые в 2 миллиарда раз будут обильнее земной энергии и жизни, но и простор еще более обильный. Человек на Земле владеет, так сказать, только двумя измерениями, третье же — ограничено, т.
е. распространение вверх и вниз пока невозможно. Тогда же человек получит три измерения». Создание космических ракет является трудной научной и технической задачей. Чтобы развить большую скорость полета, необходимую для преодоления силы тяжести Земли и вылета в космическое пространство, надо использовать составные многоступенчатые ракеты, впервые, предложенные К. Э. Циолковским. Под составной понимается ракета, состоящая из нескольких ракет, соедпненных, например, так, как это показано на фиг.
20, где изображена схема трехступенчатой ракеты. В момент взлета и в первый период полета составной ракеты из всех ее двигателей ~работает только двигатель первой ступени, он имеет наибольшую тягу. При этом ракета первой ступени, кроме двигателя и топлива, несет только приборы н устройства, обеспечивающве работу фн оо Схема трех дзига"геля. Полезной нагрузкой для первой ступенчатой ракеты. ступени являются остальные две. После того как топливо ракеты первой ступени будет иерасходовано, опорожненная первая ракета отбрасывается, чем значительно уменьшается вес конструкции ракеты.
В этот же момент заатуокается двигатель второй ступени, сила тяги которого уже не затрачивается ма ускорение и подъем массы конструкции ракеты первой ступени, ставшей уже ненужной, а расходуется на подъем и ускорение оставшихся ступеней. Полезной нагрузкой является оставшаяся третья ступень. После того как вьггорит топливо второй ступени, она тоже будет опброшена н может быть включен двигатель третьей ступени. Использование составных ракет уменьшает, таким образом, массу конструкции, которой вместе с массой полезного груза, расположенного на третьей ступени, приходится сообщать необходимую ско- «К, Э, Циопковскнй, Ракета в космическое пространство, сб, «Труды по ракетной технике>, Оборонгив, 1947. рость, масса же конструкции первой и второй ступеней разгоняется до значительно меньших скоростей.
Благодаря этому резко сокращается запас топлива, который нужно затрачивать для разгона полезного груза до заданной скорости. При современных удельных тягах ЖРД одноступенчатая ракета вообще не могла бы получить космическую скорость. Чем больше ступеней имеет составная ракета, тем значительнее снижение веса ее конструкции. Однако число ступеней ограничи вается назначением ракеты и быстрым возрастанием конструктивных затруднений, возникающих при увеличении числа ступеней ракеты.
Для характеристики трудностей, которые необходимо преодолевать при создании космических ракет, можно указать, что по некоторым теоретическим расчетам для посылки на Луну полезного груза (приборов) весом в 45 кг необходима трехступенчатая ракета начальным весом в 480 г, что составляет свыше 10 т начального веса на 1 кг полезного груза, доставляемого на Луну. ЖРД такой ракеты должен и~меть тягу около 1000 т. Для решения очень интересной задачи облета вокруг Луны с возвращением на Землю потребуются ракеты и двигатели еще больших размеров.
Более скромной задачей, решение которой будет являться первым шагом к освоению космических пространств, является создание искусственных спутников Земли. Искусственный спутник будет представлять собой тело, вращающееся в течение некоторого времени вокруг Земли. Для того чтобы спутник не падал на Землю, он должен вращаться вокруг нее с такой скоростью, чтобы центробежная сила в точности была равна силе веса. Такая скорость называется первой космической скоростью и составляет около 8 км/сек.
Для того чтобы скорость движения спутника не уменьшалась (нли уменьшалась бы очень медленно), полет его должен происходить, как это сейчас установлено, на высотах более 300 км. Забросить спутник на такую вьгсоту и сообщить ему первую космическую скорость можно с помощью трехступенчатой ракеты. При этом на 1 кг веса спутника малых размеров необходимо иметь приблизительно !000 кг начального веса ракеты.
Поэтому спутники Земли должны иметь небольшие размеры и веса, достаточные„ однако, для того, чтобы разместить на спутнике аппаратуру, позволяющую наблюдать с Земли за движением спутника нли передавать на Землю данные о наиболее интересных физических величинах, характерных для состояния окружающей среды на больших высотах, Так„по одному из проектов схема ракеты для запуска искусственного спутника Земли имеет следующий вид (фиг. 21). Сам спутник представляет собой шар 1 диаметром 500 мм я весом около 10 кг, закрытый во время полета ракеты предохранительным ~~жуком 2.
Составная ракета, забрасывающая спутник, имеет три Ьх х аы со $ о оыы й ы х" ~ а й ы йЕ э $зхв от а „ххо ыасы хос о е" л х)х в о хо й о х х о а йх а 3 8 » ахх а ко ай! х х 3 ххя охх х 3 а йх хо,о 'о йо~ ос л х а й ~ о' ы х а~а х йы' с а ах .хо " ~,! ха ой х хйй ы ы йх сы ы ай~ о ы ! ~хо а» ° о ° й х х х'ыо хо ~ ох хх ххх х х хлы лсх с х ы ступени; начальный вес ее около 10 т.
Двигатель первой ступени 18 работает на жидком кислороде и горючем — смеси спирта (73%) и бензина (25% ), которые размещаются соответственно в баках 18 и 11. Подача компонентов топлива в двигатель первой ступени осуществляется турбонасосным агрегатом 14, который работает на перекиси водорода, хранящейся в баке 12. Двигагель первой ступени обеспечивает вертикальный старт ракеты и движение по траектории с постоянно уменьшающимся наклоном ее к горизонту.
В момент окончания работы двигателя первой ступени и отделения ее ракета будет находиться на высоте 58 км. Двигатель второй ступени 9 работает на азотной кислоте н диметилгидразине (углеводородное горючее), размещаемых в баках 8 и 7. Подача компонентов топлива — баллонная, В качестве вытесняющего газа используется гелий, находящийся в баллоне б. Двигатель второй ступени поднимет ракету на высоту в 225 км, после чего она по инерции достигнет высоты в 480 км. Третья ступень ракеты имеет пороховой ракетный двигатель 4, который включается при достижении заданной высоты и сообщает ракете первую космическую скорость.
По окончании работы двигателя третьей ступени отделяющий механизм отделяет в случае необходимости спутник от корпуса ракеты третьей ступени и он начинает свое самостоятельное движение вокруг Земли, перемещаясь на ~высоте 480 км со скоростью 28 800 км(час и делая один оборот вокруг Земли за 1,4 часа. Предполагается, что на высоте 480 км спутник Земли может вращаться несколько месяцев; постепенно, однако, скорость вращения его будет уменьшаться за счет трения о следы атмосферы, имеющейся на такой высоте, и спутник будет постепенно опускаться все ниже, Попав, наконец, в более глотные слои атмосферы он сгорит, так же как сгораюта земной атмосфере осколки метеоритов, Как видно, задача создания даже самой малой из космических ракет является очень сложной и требует высокого уровня развития ракетной техники.
Ракеты для исследования высоких слоев атмосферы (метеорологические ракеты) Весьма велико также значение ЖРД как двигателей ракет для наследования высоких слоев атмосферы. Еще К. Э. Циолковский указывал, что только с помощью ракет можно изучить очень высокие слои атмосферы, а также пространства, более удаленные от Земли. Эта задача может быть разрешена и уже решается в настоящее время. Метеорологические ракеты, как обычно называют ракеты, предназначенные для исследования высоких слоев атмосферы, выполняются в виде одно- мли двухступенчатых ракет самых разнообразных весов и размеров в зависимости от цели исследований и веса приборов, необходимых для исследования (подробнее см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
