Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 77
Текст из файла (страница 77)
В ЖРД применяются в основном два типа насосов: центробежные и шестеренчатые. Наиболее распространены в ЖРД ц е н т р о б е ж н ы е н а с ос ы, которые обеспечивают подачу бсаьших расходов компонентов с необходимым давлением при малых размерах и весах насосов. Центробежные насосы всегда применяются при насосной подаче 3 4 Фиг. 15Х Схема насосной подачи, У-тспанннне бахи, 1 — насссы, 8 — турбнна, Š— нанера Нантатеан.
б — парстаастенеретер. жидкого кислорода и другик сжиженных газов. Прммером центробежного насоса служат насосы двигателя ракеты А-4 (см. 3 62). Ш ест ер ен ч а ты е н а сосы применяются при небольших расходах компонентов (нв превышающих 3 — 5 кг/сек), Их целесообразно применять в том случае, если иодача компонентов производится под очень высоким давлением. Для приведения насосов в движение служат турбины илн механический привод от какого-либо двигателя. Механический привод применяется исключительно для насосной подачи компонентов во вспомогательных самолетных ускорителях маневра, так как в этом случае имеется возможность отобрать мощность от вала основного двигателя самолета.
Примером насосной подачи с механическим приводом может служить ускоритель Р-3395, установленный на турбокомпрессорном воздушно-реактивном двигателе БМВ-ООЗ. В автономных ЖРД с насосной подачей применяется привод насосов от турбины. Обычно турбина и насосы для обоих компонентов монтируются на одном валу и весь апрегат называется турбонасосным агрегатом (сокращенно ТНА), а система подачи с ТНА называетоя турбонаеоеной. Для приведения в действие ТНА необходимо иметь рабочее тело — пар или газ, нагретые до высокой температуры и находящиеся под давлением.
Для получения такого пара или газа устанавливается парогазогенератор той или иной конструкции (см. 3 62). 405 Наиболее распространены парогазогенераторы, в которых после химической реакции разложения перекиси водорода~ образуется парогазовая смесь необходимой температуры, поступающая затем в турбину. Для привода ТНА могут быть использованы также и другие типы парогазогенераторов, в которых парогаз получается за счет: 1) продуктов сгорания, отбираемых непосредственно из камеры двигателя; 2) продуктов сгорания, образованных в результате медленного горения порохового заряда; 3) продуктов сгорания, образованных при сгорании топлива, на котором работает основной двигатель.
Основное отличи~е насосной системы подачи, составляющее ее важное преимущество по сравнению с другими, состоит в том, что в этой системе баки с компонентами топлива не находятся под давлением подачи. Таким образом, в насосной системе подачи ие требуется высокая прочность баков, вследствие чего и вес их получается небольшим.
Например, в ракете А-4 вес бака~ для жидкого 0» емкостью 3920 л составляет всего 12б кг. Недостаток насосной подачи состоит в относительной сложности турбонасосного агрегата. Насосную подачу целесообразно применять на двигателях с большими тягами и большим временем |работы, т. е. на двигателях, имеющих баки больших размеров. На таких двигателях зкономия в весе баков будет весьма ощутительной.
Примерами ЖРД с турбонасосной подачей служат двигатели ракет А-4, «Вальтер» (подробное описание этих ЖРД см. в гл. Х). Баллонная и другие вытеснительные системы подачи По своему действию баллонная система подачи является наиболее простой. Схема ее приведена на фиг. 154. Газ высокого давления (250 — 300 ага), заключенный в баллоне 1, поступает в газовый редуктор давления 2, где давление газа снижается до необходимой величины и откуда он поступает в баки 3. Под давлением газа топливо вытесняется из баков и по трубопроводам поступает в камеру двигателя 5, разрь»вая установленные на трубопроводе мембраны 4. Основной недостаток баллонной системы состоит в том, что в ней баки находятся под давлением подачи компонентов, вследствие чего вес баков, которые должны быть очень прочными, получается очень большим. Кроме того, баллон со сжатым газом, нагруженный высоким давлением, также имеет большой вес.
Значительную величину составляет также вес газа, вытесняющего компоненты. Так, например, в двигателе «Вассерфаль» вес сжатого газа равен почти 100 кг. Если емкости для компонентов велики, то вес баков, баллонов и запаса газа при баллопной подаче достигает таких больших вели- чин, что использовать эту систему становится невозможно. Поэтому баллонная подача применяется в ЖРД с небольшими суммарными импульсамит.
л Для уменьшения запаса газа в баллонной системе можно п~рименять подогрев газа перед поступлением его в баки. Объем, за~нимаемый газом при постоянном давлении, прямо пропорционален его абсолютной температуре. Поэтому, если увеличить абсолютную температуру газа в 2 раза против комнатной (288' абс.), т. е. нагреть его до температуры ЗОЗ' С (576' абс.), то вес необходимого запаса газа уменьшится в 2 раза. При этом соответственно уменьшится и вес баллона. Для уменьшения веса~ всей системы вместо баллона со сжатым газом иногда применяют так называемый пороховой а к ку- 1 4 о Фиг. 154. Схема баллонной системы подачи.
1 — баллон с газом высокого давления (аккумулятор давления), 2 — редуктор давления, З вЂ” топливные баки. 4 — мембраны, б — камера двягетеля. муля тор давления (сокращенно ПАД). В сравнительно небольшом объеме камеры порохового аккумулятора заключен заря~д медленно горящего пороха. При сгорании пороха образуется большое количество горячего газа, который и поступает в баки для вытеснения компонентов. Примером двигателя с ПАД служит ЖРД ракеты «Тайфун» (см. гл. Х). Вместо ПАД для получения горячего газа можно применять генератор, в котором будет сгорать какая-либо смесь жидких компонентов.
Продукты сгорания этих компонентов, так же как и пороховые газы, используются для вытеснения компонентов. В этом случае мы получим систему подачи с ж и дк о с т н ы м а к к у м ул я т о р о м д а в л е ч и я (ЖАД) . $54. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАКОВ Типы баков и требования, предъявляемые к иим При создании двигателя н всего летательного аппарата с ЖРД очень важно правильно сп~роектировать баки, так как они составляют основную часть ракеты и часто весь снаряд представляет собой «летающие баки».
В зависимости от способа подачи компонентов баки разделяют на два основных типа: 1. Нагруженные баки, т. е. баки, которые при работе ' Суммарным импульсом называется произведение тяги Р, развиваемой двигателем, на время его работы. 401 ЖРД находятся под высоким давлением. Они применяются при любой вытесннтельной системе подачи. 2. Р аз груженные баки, т. е. баки, не находящиеся под высоким давлением при работе ЖРД.
Их используют при насосной подаче компонентов. Так как баки составляют по своим размерам напболыпую часть ракеты, то они часто используются в качестве силового элемента конструкции ракеты, воспринимающего усилия, действующие на нее. Такие баки называются н есущи ми баками. При проектировании баков стремятся обеспечить следующие основные требования: 1.
Баки любой конструкции должны иметь малый вес. С уменьшением веса баков сни|жается вес ракеты и улучшаются ее свойства (например, дальность полета при данных размерах). Это требование особенно важно учитывать при проектировании ЖРД с нагруженными баками, так как вес нх всегда составляет большую часть веса конструкции всей ракеты. Малый вес конструкции баков достигается иопользованвем прочных и легких материалов, работающих при малых запасах прочности, а также путем выбора наиболее рациональной формы баков.
2. Баки должны обладать устойчивостью против коррозии. Это требование приобретает особую важность при работе ЖРД на агрессивных компонентах и в том случае, если необходимо длительное хранение компонентов в баках. 3. Баки должны быть просты в изготовлении и удобны в эксплуатации. 4. Баки, особенно несущие, должны обладать плавными обводами, соответствующими обводам ракеты.
При установке их на ракету они должны размещаться по одной оси. Геометрические формы и взаимное расположение баков На фиг. 155 приведены баки различных конструкций, применяемых в ЖРД. Самой распространенной схемой (фиг. 155,а) выполнения баков является так называемая схема р а зд ель ного р а сположен и я б а ко в для горючего и окислителя. Такие баки пан~более просты в изготовлении.
Но так как по условя~ям прочности баки имеют донья эллиптической формы, между ними остается свободное пространство (заштриховано). Обычно для уменьшения размеров ~ракеты это пространство заполняют разного рода приборами и агрегатами. Для уменьшения общих размеров баковой части двигателя и уменьшения веса баков можно делать баки с общими для двух баков элементами (см. фиг.
155,б). Такие баки называют баками «о б ъединенной конструкции». Основной недостаток этой конструкциями, так же как и конструкции баков с концентрическим расположением (см. фиг. 155,в), состо- мт в опасности соединения компонентов при малейшем нарушении герметичности перегородки между двумя баками. Кон центр ичее кое р ас положение баков может быть оправдано только необходимостью обеспечить заданные летные характеристики, так как эти баки более сложны в изготовлении, чем баки типов а и б.
Выигрьгша же в весе прв этих баках не получается. Даже наоборот — иногда вес конструкции несколько увеличивается. В силу ука- Ю а) Фиг. 155. Схемы выполнения баков. а- оаадельное расположение баков, б — обьединенная конструкция баков, а — концентриееское расположение баков, 1 — аккумулятор давления, У вЂ” редуктор, З-баки, а — ка- мера двигателя. ванных выше недостатков баки объединенной конструкции и с кон.центрическим .расположением практического распространения не получили.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
