Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 99
Текст из файла (страница 99)
е. необходимое условие соблюдено. 3. Определяем объем пакета катализатора. Принимаем насыпной вес катализатора 72„=1,2 кг/л. По формуле (1Х.157) Окат 4 0 )гкат= — ' = 3,38 л. т„, 1,2 4. Определяем размеры пакета катализатора. Принимаем г к,т=3,5 г/смасгк. По формуле (1Х. 159) 1ООООп, г 1000 0,8 кат= =228 см'-. т'кат 3,5 тг 4 .гг 4 /акаттп ~/ ккат = ~/ )г кат 3,38 ° 1000 Ек = —" = ' =14,8 см. Ркат 228 Принимаем /7222=170 мм; йкат=150 мм. 518 Допускаемая расходонапряженность гк„в значительной мере зависит от допускаемого удельного расхода перекиси з. При з 0,2 кг/сгк Н202 величина г„, составляет 3 —:4 г/см сек.
2 кг катализатора С увеличением з примерно пропорционально ей возрастает и допустимая расходонапряженность катализатора. Зная величину расходонапряженности, легко определить площадь поперечного сечения гг,, и диаметр Р„т пакета катализатора васо, = — С,; ан,о 9Н ' Ки, = 1Ч„' 11 (1Х. 160) до =О,— — С,— 8Н; з 3 Естественно, что Ксо, + Кн,о+ Ки, + Ко, =-1. Ы9 Газогенератор на жидком топливе устроен и работает аналогично камере сгорания ЖРД.
В ЖГГ могут быть использованы самые разнообразные топлива. С точки зрения конструкции и эксплуатации ракеты и двигателя очень удобно, если ЖГГ работает на тех же компонентах, что и 'ЖРД, т е. на основном топливе. В этом случае отпадает необходимость иметь отдельную систему подачи ЖГГ и сокращается число компонентов, которыми необходимо заправлять ракету. Однако в ЖГГ по различным соображениям могут применяться и топлива, отличные от основного. При этом в ЖГГ особенно удобно использовать унитарные топлива, например, тройную смесь — перекись водорода+этиловый спирт+вода, нитрометан (СХОз), изопропилнитрат и др. Применение унитарных топлив, естественно, упрощает систему подачи топлива в ЖГГ. Так как продукты сгорания обычных для ЖРД жидких топлив имеют высокую температуру сгорания, которая недопустима из-за условий работы турбины ипи баков (если ЖГГ используется в системе ЖАД), то необходимо искусственно понижать их температуру.
Для этого пользуются двумя способами: балластировкой топлива одним из компонентов топлива и подачей в ЖГГ третьего компонента — обычно воды. Выбор компонента (горючего или окислителя), избыточная подача которого снижает температуру продуктов сгорания, зависит от условий использования ЖГГ. С точки зрения условной работы турбины выгодно применять балластировку топлива горючим (т. е.
а(1), так как в этом случае вырабатываемый парогаз не содержит кислорода,.который при высоких температурах может взаимодействовать с материалом деталей конструкции и вызывать их быстрое разрушение. Балластировка окислителем применяется обязательно в тех случаях, когда продукты сгорания ЖГГ используются для наддува бака окислителя. Расчет температуры и состава продуктов сгорания ЖГГ производят исходя из предположения о том, что диссоциация продуктов сгорания отсутствует, а сгорание является полным. В таком случае состав продуктов сгорания зависит только от состава топлива.
При балластировке топлива ЖГГ окислителем в продукты сгорания четырехэлементных топлив будут входить СОм НзО, Х, и Оь При этом весовые доли этих газов асо„Кн,о, ди, и до„т. е. количество их, выраженное в кг и приходящееся на 1 кг топлйва нли продуктов сгорания, составит в соответствии с уравнениями сгорания (Ч.
9) и (Ч. 10) Температура вырабатываемых продуктов сгорания определяется, как обычно, из равенства полного теплосодержания топлива и продуктов сгорания. При этом приходится искать такой состав топлива (а или «)„который обеспечивает получение газа заданной температуры. В этом случае схема расчета такова. Задаваясь различными а, или «, находят элементарный состав топлива. По формулам ()Х. 160) определяют состав продуктов сгорания, а также полное теплосодержание топлива при выбранных значениях «или а.
Пользуясь найденным составом продуктов сгорания при заданной температуре Тп„ находят полное теплосодержание продуктов сгорания 1пп „ ~а~~"!к! 1 со Ксо, + 1пн оФ"0+ 1 м Км*+ 1 о Ло* ((Х ) 6) ) 700 !5 при различных соотношениях компонентов топлива (1,, берется в ккал/кг). Далее графически решается уравнение закона сохранения энергии 1, =1п 1ппж (фиг.
206) и определяется необходимая /„ РасчетнаЯ величина ч„,ч, обес~каг/' гг печивающая получейие парогаза заданной температуры. 909 Пример 26. Найти необходимое /п„. ч соотношение между расходом окислителя и горючего ч, обеспечивающее получение газа с температурой 727о С илн 1000'абс. Топливо 96о/о НХОз 800 (Но=0,020", Оо=0,767; Хо =0,213) и керосин (С г=0,85, Нг =0,15).
Балластировка осуществляется окислителем. )п Решение: Задаемся значениями ч, равными 15, 18, 20 и 22. По формулам (Ч. 17) О находим состав топлива, а по формуРзоч ' лам (1Х. 160] состав продуктов сгора- ния. Из таблицы приложения 3 берем Фиг. 206, К расчету необходимого соот- значения полных теплосодержаний ношения чрпсч компонентов топлива па- СО, Н,О, Оз и Хз при температуре рогазогенератора.
!000' або. и пересчитываем их в ккал/кг Они составят 1, = — 1870 ккал/кг, 1п = — 2660 ккал/кг, 1п 185 ккал/кг, псо, пн,о пм 1 и = 170,5 ккал/кг, по, Полное теплосодержание топлива находим по формуле (Ч.25). При атом 1п = †7 ккал/кг; 1 п нчрооннп= †4 ккал/кг, Результаты расчета сведены "нмо, з табл. 34. Графическое решение уравнения /п =1п ам выполненное на фиг. 206, дает чрчсч =20,6. Расчет состава и температуры парогаза в случае балластировки топлива горючим затрудняется тем, что при «=0,3 —:0,4 и низких температурах, в продуктах сгорания появляется твердый углерод и углеводороды (метан СНм ацетилен СзНз и т.
д.). Расчет состава таких продуктов сгорания по условиям равновесия химических реакций возможен, но требует большого времени. При расчете ЖГГ в этом слу- Таблица 34 22 20 15 18 22 20 18 15 0,225 0,234 0,252 0,243 0,045 0,037 С, 0,053 0,041 ан,о О, 204 О, 203 0,200 0,202 0,026 0,026 0,027 О, 028 Ит ан, 0,435 0,413 0,354 0,390 0,732 0,726 0,730 0,719 1,00 0,203 0,204 0,202 1,000 1,000 1,000 0,200 Сумма ттт — 794 — 741 — 936 -850 1, 000 1,000 Сумма 1,000 уа а калит ан. г — 774 — 778 0,136 0,150 0,165 — 781 0,194 Уи кнал1кг — 780 а со, чае можно использовать данные по величинам произведения КТ, как это иногда делается при расчете ЖАД, работающего на малых 'а.
В случае добавки воды сгорание в ЖГГ ведется при а, близком к единице, а вода, испаряясь и нагреваясь, приводит к снижению температуры образовывающегося парогаза. Если топливо ЖГГ сгорает при а >1, то для расчета необходимой добавки воды с целью получения парогаза заданной температуры применима та же методика, которая использовалась для определения аа, в случае балластировки топлива окислителем.
Обозначим через х количество килограммов воды, которое подается на 1 кг топлива сгорающего в ЖГГ, Нетрудно видеть, что при а)1 весовой состав получаемых продуктов будет следующим: 11 — С, 3 х+ 9И~ Ит Ксо, = — ', Кн,о = Кн,= 1+х ' 1+х ' 1+х 8 Ог — 8 От — — Ст 3 Ко, = 1+х Задавшись необходимой температурой парогаза Т„„можно построить зависимость 1 от добавки воды х. Полное тепло- содержание топлива и воды 1,,+н о по формуле аналогичной (Ч. 20) составит уи +ху ~ит+Н о (1Х.
162) "т+н,о Для нахождения расчетного количества воды, которое необходимо подавать на 1 кг топлива х ., кг НаО(кг топлива необходимо решить уравнение (1Х.163) ~ат ам,о Зная необходимый расход парогаза (или газа) О„, и соотношение компонентов т, можно найти отдельно расходы горючего бг и окислителя 6,, а в случае подачи воды и ее расход Онсо: По найденным расходам горючего, окислителя и воды проектируются камера сгорания и система подачи парогазогенератора. При расчете камеры ЖГГ и ПГГ могут быть использованы те же соотношения, Фиг, 207, Внешний вид парогазогенератора на топливе азотная кислота+керосин (1937 г.) à †пиропатр аажнгания, у †каме сгорания, 8-форсунка окислителя, 4 †форсун води, б — форсунки горвучего, б— камера лояолнителаного исоврения. что и для расчета камеры сгорания ЖРД, однако при проектировании камеры в этом случае следует считаться с необычным для ЖРД соотношением компонентов.
При этом можно рекомендовать организовать сгорание топлива при а=!, выбирая для этого количества топлива объем камеры сгорания по обычным соотношениям, а балла стнрующее горючее, окислитель или воду добавлять после. Что касается расчета объема камеры сгорания, необходимой для испарения балластирующего компонента или воды, то выбор его1 следует делать на основе экспериментов. 522 Примером парогазогенератора на топливе азотная кислота+керосин с дополнительной подачей воды может служить ПГГ, сконстру. ированный и осуществленный В.
П. Глушко (фиг. 207). ПГГ состоит из камеры сгорания 2, в которую через систему форсунок горючего 5 и окислителя 3 подается топливо. Воспламенение топлива осуществлялось пиропатроном 1. Впрыск воды осуществлялся через форсунку 4. Испарение воды в основном происходило в дополнительной камере испарения б.
Для лучшего перемешивания газов устанавливалась турбулизирующая диафрагма. Прв проектировании системы подачи ПГГ и ЖГГ некоторое затруднение возникает из-за малого расхода одного из компонентов. Так, согласно результатам расчета примера 26 соотношение ННО„ н керосина в топливе ЖГГ при балластировке окцслителем оказалось равным ч =20,6. Это означает, что если необходимый расход парогаза равен 0,5 кг/сек, то расход горючего составит всего 23 г/сек, а окислителя 477 г/сек.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
