Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Креплени~е двигателя к раме всегда делается в области головки. При креплении двигателя надо предусмотреть возможность небольшого перемегцения двигателя и поворота его на некоторый угол, Это необходимо для обеспечения центровки двигателя по отношению к установке. При проектировании наружной оболочки следует учитывать сильное расширение внутренней оболочки от воздействия высоких температур. Так, например, камера двигателя А-4 удлиняется при работе на 4,75 мм.
Для предохранения камеры двигателя от разрушения при тепловых расширениях на внешней оболочке камеры необходимо предусматривать компенсаторы. На фиг. 124 хорошо видны компенсационные кольца, установленные на наружной оболочке камеры двигателя ракеты А-4. Примерный порядок проектирования камеры двигателя Так как при проектировании камеры приходится решать очень много различных вопросов, то целесообразно наметить примерный порядок,проектирования камеры двигателя: 394 1. Определяется необходимый объем камеры сгорания.
2. Исходя из анализа условий работы проектируемого двигателя выбирается форма камеры сгорания, 3. На основе определенных в тепловом расчете основных размеров сопла профилируется сопло выбранной формы (конусное или профилированное) . 4. Выбирается форма головки двигателя и тип форсунок. 5. Проектируется головка двигателя.
6. Производится общая геометрическая компоновка камеры двигателя. 7. Выбирается способ охлаждения, форма и размеры охлаждающего тракта и производится проверочный расчет охлаждения. 8. Производится гидравлический расчет рубашки охлаждения. . 9. Производится проверочный расчет камеры на прочность и устойчивость.
10. Производится окончательная компоновка камеры двигателя. й 52. ЗАПУСК И ОСТАНОВКА ЖРД Основные требования к запуску и остановке ЖРД Запуск и остановка двигателя являются наиболее сложными стадиями его работы. Основное требование к запуску и остановке двигателя заключается в том, чтобы обеспечить плавный выход двигателя на основной режим работы и безотказную остановку его. Для этого необходимо выполнить следующие условия.
1 При запуске двигателя в камере сгорания не должно скапливаться большое количество одного или обоих компонентов топлива. Особенно опасно скопление в камере сгорания обоих компонентов, так как смеси горючего и окислителя, применяемые в ЖРД, являются сильно взрывчатыми. Если к началу воспламенения в камере сгорания скопится большое количество компонентов, то при пуске нарастание давления будет происходить очень резко (фиг. 149).
Давление поднимется выше номинального (так называемый пусковой хлопок), и это может привести к разрушению камеры. Для того чтобы в камере сгорания не могло скопиться большое количество компонентов, пусковая система должна обеспечить воспламенение компонентов не более чем через 0,03 сек. после, поступления их в камеру. Чтобы предупредить скопление большого количества топлива в двигателях больших тяг, пусковой расход компонентов делают значительно ниже, чем рабочий расход, т. е. вводят тзк называемый предварительный этап работы (например, в ракете А-4 предвариь тельная ступень). Запуск двигателя, при котором первоначальное воспламенен~не осуществляется при небольшом расходе топлива, а основной расход его подается в уже работающую камеру, называется ступенчатым запуском.
395 Запуск двигателя, при котором сразу подается полный рабочий расход топлива, называется пушечным запуском. 2. При запуске двигателя должен строго соблюдаться порядок поступления компонентов. Желательно, чтобы компоненты поступали в камеру сгорания одновременно. Но так как практически это почти невозможно, то обычно допускается опережение подачи в камеру одного из компонентов на доли секунды. я Ъ ф ег Время ряг яаяаяа рапуеяа Фиг.
!49. Изменение давления при запуске ЖРД. 3. Запальное устройство должно обеспечивать необходимую энергию для воспламенения топлива, так как начальное испарение и перемвшивание топлива в холодной камере сгорания происходят значительно хуже, чем в процессе горения. Очевидно, чем больше расход компонентов, тем труднее организовать их воспламенение. Поэтому в зависимости от пр~именяемого топлива, типа двигателя и условий эксплуатации ЖРД применяют различные системы зажигания. Классификация ЖРД по условиям эксплуатации По условиям эксплуатации ЖРД можно разделить на следующие группы: 1.
Двигатели однор аз оного действия. Такие двигатели запускаются и работают только один раз. Двигатели различных ракет и летающих бомб являются в основном двигателями одноразового действия. 2. Дви г а тел и м н о гор аз оного действия, но од нор а зо во го пуск а. Такой двигатель может быть использован на 'каком-либо летательном аппарате мною раз, но в,период полета этого аппарата он уже повторно не запускается. Примером такого двигателя служат стартовые ускорители тяжелых бомбардировщиков. 3.
Двигатели м ног окр атного действия. Такой двигатель может запускаться в останавливаться много раз в течение одного полета летательного аппарата. Все самолетные ЖРД, используемые как основные двигатели и ускорители для маневра самолета, являются двигателями многоразового действия и многократного пуска (например, ЖРД «Вальтер», установленный на самолете Ме-163). Способы зажигания В зависимости от условий эксплуатации, применяемых компонентов и тяпа двигателя применяют различные системы зажигания.
1. П и р о т е х н и ч е с к о е з а ж ~и г а н и е. Оно производится с помощью специального пиропатрона, который горит в течение нескольких секунд и дает факел высокой температуры (г=2000'С). Пиропатрон или монтируют в головке, как, например, в двигателях Кислород раропапгропВВ Вид по стрелке А раопопояепоо пиропапгроноВ вушиа ~ ОРП7 Виа Фиг. !50. Схема аажигаиия и двигателе ракеты А-4. ОРМ 65 (см. фиг. 127) и кШмиддинг» (см. гл. Х), или вводят со стороны сопла на спец~иальной державке.
В ракете А-4 зажигание производилось введением в камеру через сопло вертушки с тремя пиропатронами, расположенными по окружности (фиг. 150). При воспламенении пиропатронов вертушка начинала вращаться и вся камера заполнялась газами высокой температуры; после этого подавали небольшой расход топлива, которое воспламенялось, затем подачу топлива увеличивали. Пиропатроны обычно воспламеняются с помощью электрической нити накаливания.
Пнротехническое зажигание можно применять в двигателях всех тяг одноразового и многоразового действия, но однократного пуска. 2. Х и м и ч еское з а жиган и е. При этом способе для зажигания используют самовоспламеняющееся топливо (см. гл. Ч1). Такое зажигание очень просто осуществляется в двигателях, работаю- 397 щих на самовоспламеняющихся компонентах. Обычно это двигатели многоразового действия и многократного пуска. Химическое зажигание применяется также в двигателях, работающи~х на несамовоопламеняющихся компонентах. В этом случае в систему подачи ЖРД монтируется специальная пусковая система, по когорой при запуске в камеру сгорания сначала поступают самовоспламеняющиеся компоненты и только после образования в камере мощного факела подаются основные. Такой двигатель менее опасен в эксплуатации, чем ЖРД, работающий только на самовоспламеняющихся компонентах.
Эксплуатация его дешевле, так как самовоспламеняющиеся компоненты обычно весьма дороги, Химическое зажигание применяется в двигателях любых тяг, однократного и многократного пуска. Примером двигателя с химическим зажиганием может служить камера двигателя «Вальтер» (см.
фиг. 125). 3.Зажигание с помощью электрической свечи. Такое зажигая~не применяется в двигателях небольших тяг и в малых экспериментальных двигателях, предназначенных для стендовых испытаний. Недостаток этого способа состоит, во-первых, в сравнительно малой тепловой мощности свечи и, во-вторых, в том, что для электрического зажигания необходим источник электрической энергии, который не всегда можно разместить на летательном аппарате. Зажигание с помощью электрической свечи удобно применять при ступенчатом запуске ЖРД для воопламенения пускового факела. Остановка двигателя В зависимости от условий эксплуатации и конструкции ЖРД двигатель останавливается либо путем закрыти~я отсечных клапанов на трубопроводах подачи компонентов, либо после полной выработки компонентов из баков. В некоторых случаях производится ступенчатая остановка двигателя, т.
е. двигатель сначала переводится на меньшую тягу и только после этого он выключается полностью (ом., например, описание двигателя ракеты А-4). При остановке двигателя, так же как и прм запуске, нельзя допускать скопления компонентов в камере сгорания. Скопление компонентов после остановки двигателя может происходить по следующим пр~ичинам.
В системах с остановкой двигателя путем закрытия отсечных клапанов подачи топлива (см. гл. 1Х ) скопление компонентов может происходить вследствие медленного «подтекания» в камеру компонентов, находящихся в различных полостях трубопровода и отсечных клапанов, а также из-за неплотного закрывания отсечных клапанов. Для уменьшения скопления компонентов необходимо ставить отсечные клапаны возможно ближе к форсункам. Конструкция отсеч- 398 ных клапанов должна гарантировать ~полную отсечку подачи компонента. В системах, не имеющих отсечных клапанов, т. е.
работающих до полной выработки всех компонентов из баков, желательно чтобы первым вырабатывался компонент, которым производится охлаждение камеры двигателя. Очень большую опасность в таких системах представляет «дополнительная» подача одного ив компонентов после прекращения подачи его, которая может произойти вследствие неудачной конструкции заборных устройств в баках. При такой дополнительной подаче компонент поступает в камеру сгорания, в которой вследствие прекращения горения скопился другой компонент. Так как камера еще горячая, то происходит хлопок, нередко приводящий к взрыву. Для обеспечения надежной остановки двигателя можно также применять продувку камеры сгорания и трубопроводов после прекращения подачи компонентов. При стендовых испытаниях двигателей продувка камеры осуществляется обычно воздухом из дополнительных магистралей, имеющихся на стенде.
При остановке двигателя ракеты, для того чтобы не утяжелять его, продувка может осуществляться одним из компонентов топлива или при вытеснптельной подаче — газом, вытесняющим компоненты из баков, Вибрационное горение в ЖРД По мере расширения производства и применения жидкостных ракетных двигателей в процессе их эксплуатации и экопер~иментальиых иссчедоваиий столкнулись с явлением так называемого вибрационного или пульсационного сгорания в камерах. Это явление состоит в том, что при некоторых условиях работы двигателя без воздействия каких-либо внешних причин давление в камере сгорания начинает периодически изменяться (фиг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
