Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 78
Текст из файла (страница 78)
На фигг. 156 показаны спиральные баки ЖРД. Бак горючего 1 выполнен в виде спиральной трубы. Над ним расположена другая спиральная труба 2 — ббльшего диаметра, которая является баком окислителя. Этот'двигатель имеет баллонную подачу. Сжатый воздух находится в баллонах 3. Для обеспечения непрерывной подачи компонентов в баках (трубах) 1 и 21размещены гибкие поршни Б и 7, на которые с одной стороны действует вытесняющий воздух, подаваемый по трубкам б и 4. Перемешаясь по спиральным трубам, поршни вытесняют топливо в камеру двигателя. При такой конструкции уменьшается вес баков, так как необходимая толщина оболочки уменьшается пропорционально уменьше- нию ее диаметра.
Поэтому, несмотря на увеличенную длину бака такой формы, он получается достаточно легким. Взаимное расположение баков для двигателей с вытеснителыной подачей безразлично. Для двигателей с насосной подачей по условиям работы насосов (см. 5 61) целесообразнее располагать баки окислителя впереди. Но при компоновке ракеты расположение баков обычно выбирается из условий достижения статической устойчивости ракеты в полете. При проектировании бака всегда возникает вопрос о форме баков с точки зрения прочности и веса.
Наилучшей формой бака является шарообразная. Однако в этом случае баки имели бы очень большие поперечные сечения, что привело бы к необходимости увеличивать мидель всего летательного апаарата. Поэтому обычно баки выполняют цилиндрической или близкой к ней формы со сферическими доньями. Наибольший допустимый днамевр бака определяется конструкцией всей ракеты. Однако ив условий получения лучших аэродинамических характеристик в последние годы заметно стремление увелмчить отношение длины бака к его диаметру. Так, если в ЖРД 1 образца 1944 — 1947 гг. величины отношений — баков выполня- Ф лись порядка 5 — 7 (А-4, «Вассерфаль» и др.), то в более поздних конструкциях отношение — баковой части имеет величину порядка 10 — 12 (ракеты «Аэроби», «Ника», «Корпорел» и др.).
Внутреннее устройство баков В конструкции бака необходимо предусмотреть установку важных для работы баков деталей: приспособлений для заправки, сливных и предохранительных клапанов, В ЖРД с вытеснительной подачей многоразового действия иногда необходимо предусмотреть воз-' можность сброса давления из бака. В некоторых баках (например, бак ракеты А-4) сделаны специальные люки для возможности осмотра и ремонта баков. Значительную трудность при проектировании баков представляет обеспечение непрерывной подачи компонентов топлива из баков в камеру двигателя. Это объясняется тем, что в полете ракеты с ЖРД могут возникать ускорения во всех направлениях и в связи с этим возможно временное оголение заборного устройства, баков (особенно в конце работы ЖРД).
Вследствие возникающего перерыва в подаче компонентов может произойти взрыв камеры. На фиг. 157 приводится несколько основных схем устройств, применяющихся для обеспечения бесперебойной подачи компонентов из баков в камеру двигателя. К нарушению бесперебойности в подаче может привести образование воронки на поверхности компонента у места входа его в заборное устройство. 411 дйа еру а) дернан намеру б) драа~алущйя задернак 0юршенп днамеру эласпшчнь дмишак б унана г) газ днамеру арнан днамеру Оаберспия дл дауда газа медны Фиг. 157. Схемы вабориых устройств дав подачи компо- веитов иа баков, тельное движение компонента вокруг оси входа, что способствует более интенсивному воронкообразованию.
При вытесни~тельной подаче возможно образование воронок на поверхности компонента и вспенивание его в результате действия струи вытекающего газа. Для борьбы с воронксобразованнем и предохранения компонента от вспенивания в баках устанавливают различные перегородки и воронкогасители. 412 Причиной образования воронки являются повышенные скорости. движения компонента у входа в заборное устройство по сравнению со скоростями его на периферии.
Кроме того, ввиду неравномерности скоростей движения компонента вдоль оси бака (из-за загроможден- ности объема бака различной арматурой) может иметь место ~враща- В двигателе «Шмиддинг» (см. гл. Х) газ подавался в специальный мешок из эластичной резины, поэтому соприкосновения газа с компонентом не было. В дви~гателе ракеты «Шметтерлииг» компоненты вытеснялись с помощью поршня, который сам передвигался под давлением поступающего газа.
При вытеснияельной подаче с ПАД или ЖАД необходимо ограничивать температуру поступающих в бак газов в пределах допустимой (обычно 800 — 900' С), чтобы при повышении температуры стенок баков не уменьшилась их прочность. В системах с ЖАД пониженная температура газов достигается баластировкой топлива одним из компонентов. Поступающие в бак горячие газы можно охлаждать, впрыскивая в них воду или пропуская трубопровод, по которому подается газ через рубашку, содержащую один из компонентов. Расчет объема баков Полный объем бака 11 складывается из следующих составляющих объемов: у=р' „+ц~ +$',, (1Х. 1) где )г „ — расчетный объем бака; 'г', — объем гарантийного запаса компонента; У„„— объем воздушной подушки. При определении геометрических размеров бака объема Г надо учитывать загромождение бака изнутри трубопроводами, заборными и пролетными трубами.
Расчет объема баков проводится при нормальных условиях (г=15 —:20' С). 1.Расчетный объем необходимого количества компонента $'...,. Так как секундный расход б„,„„и время работы ЖРД 1 известны, то 1/ «омп (1Х. 2) т где у — удельный вес данного компонента в кг(м'т г — время работы двигателя с момента отрыва ракеты от стартовой установки до момента остановки двигателя. 2.Объем гарантийного запаса компонента К.,». В гарантийный запас входит количество компонента, расходуемое для работы двигателя нз стартовой или пусковой установке, от момента начала работы до момента взлета ракеты и количество компонента, необходимое для обеспечения надежной работы ЖРД в последний период работы двигателя.
Время работы ЖРД на стартовой установке определяется в основном системой запуска двигателя. При пушечном запуске это время невелико и равно примерно 0,2 сек., при ступенчатом запуске оно возрастет до 2 — 3 сек.; поэтому при ступенчатом запуске двигателя нужен больший запас У,. 413 В конце работы ЖРД никакое заборное устройство (кроме систем с мешком или поршнем) не может обеспечить полного отбора компонента иэ бака. В зависимости от конструкциями заборника некоторая часть компонента остается в баке неиспользованной. Поэтому чем совершеннее заборное устройство, тем меньший нужен запас $",. Гарантийный запас снижает при маневре ракеты возможность оголения заборного устройства и прекращения в силу этого подачи в двигатель компонента. Кроме того, гарантийный запас необходим для компенсации возможных отклонений действительных секундных расходов компонента от расчетных.
С учетом указанных выше факторов в зависимости от способа запуска двигателя, совершенства заборного устройства и маневренности ракеты величина У „может быть принята в размере 2 —:5'/о от У,.„. 3. Объем воздушной подушки $'„„. Воздушная подушка необходима для того, чтобы при увеличении температуры компонента во время хранения заправленной ракеты не происходило чрезмерного повышения давления в баках. При вытесничельной системе подачи воздушная подушка также является демпфером, смягчающим резкость процесса запуска. Объем воздушной, подушки определяют исходя из условия, чтобы при наибольшей заданной по техническим условиям температуре эксплуатации Т .
давление в баках не превышало определенного заданного давления ра Величина давления рз определяется конструкцией баков ракеты и.особенностями гидравлической системы подачи. При вытесни- ' тельной подаче величина рз . не должна превышать давления разрыва мембран, так как в случае разрыва мембраны может произойти самопроизвольный запуск.
Обычно при такой системе подачи величину допустимого возрастания давления в баках рз считают равной 5 — 6 ага. Зная рз величину воздушной подушки 1'... определяют из следующих соображений. При заправке баков уравнение состояния газов в воздушной подушке имеет вид: (1Х. 3) где р.
и Т.— давление и температура окружающей среды при заправке. С увеличением температуры до Т . давление в газовой подушке бака возрастет, объем же газовой подушки при этом уменьшится на величину з У„ за счет температурного увеличения объема компонента в баке. а 1~ =У„,„, 3 (Т вЂ” Т,), (1Х.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
