Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 101
Текст из файла (страница 101)
Рассматривают гибридные двигатели иа трехкомпонентных топливах, имеющих ряд эксплуатационных преимуществ, таких, как повышенная надежность и устойчивость работы, возможность регулирования тяги в широком диапазоне, а также возможность осуществления режима работы с рядом выключений и пусков двигателя путем прекрагцения или возобновления подачи жидкого компонента топлива. Разработка гибридных двигателей, ведущаяся в ряде стран, преследует две основные цели: повышение энергетических характеристик РД и достижение таких эксплуатационных свойств, какие трудно получить от ЖРД или РДТТ. Достоинствами гибридных ракетных двигателей по сравнению с ЖРД считают: простоту и компактность установки; улучшение теплозатциты камеры сгорания в связи с применением твердого малотеплбпроводного заряда, горящего изнутри; высокую надежность и безопасность эксплуатации.
Поскольку обычно предполагается применение в качестве окислителей жидкостей, пригодных для длительного хранения, обеспечивается полная готовность к старту в течение продолжительного периода. и ряс. ВВЗ. Схема двягатаав с тояливвмми зарвдами раздельиого сварямеявю г †зар с избытком окислителя; 2 †зар с избытком горючего; а — аросселм 4 †вос- яламеяитель По сравнению с РДТТ ракетная система на твердо-жидком топливе выгодно отличается возможностью простого регулирования работы двигателя, в том числе величины развиваемой им тяги, изменяя расход жидкого компонента.
Практически исключается чувствительность к начальной температуре топлива. Время работы может быть существенно увеличено, в том числе путем регенеративного охлаждения камеры дожигания и сопла жидким компонентом. Благодаря малому содержанию или отсутствию окислителя в твердом горючем заряд его обладает хорошими механическими свойствами. Таким образом, гибридные ракетные двигатели могут быть эффективными для управляемых летательных аппаратов, отличающихся простотой и надежностью и находящихся в постоянной готовности к старту. Обсуждается также возможность применения ГРД для мощных ракет-носителей. При наличии высокоэффективных топливных композиций может оказаться целесообразным использование ГРД и для верхних ступеней ракет.
Возможности регулирования и многократного включения вместе с высоким ожидаемым удельным импульсом могут оправдать применение ГРД для коррекции скорости, ориентирования или маневрирования космических аппаратов. 39.9. ТОПЛИВА ДЛЯ ГРД рд а. ь дврхкомпонвитныв твврдо-жидкив топливл Впервые гибридное топливо такого вида было применено в 1933 г. в СССР.
В Германии в 1943 г. производились эксперименты с двигателями, горючее которых представляло собой перфорированные угольные шашки, а окнслителем являлась жидкая закись азота Н»О. Исследуемые в настоящее время топлива большей частью относятся также к группе твердое горючее+жидкий окислитель. Это связано с тем, что такие композиции лучше разработаны и обеспечивают наибольший удельный импульс. Кроме того, объем горючего, как правило, меньше объема окислителя, в результате чего атон схеме отвечают:меньшие размеры камеры сгорания, находящейся под действием высокого давления. Существенным является и то, что в качестве эффективных горючих может быть использовано весьма большое число различных веществ, тогда как число эффективных твердых окислителей, пригодных для использования, невелико.
В качестве твердых горючих рассматривают полимерные соединения, которые применяются также в качестве горючих — связующих для смесевых твердых топлив. С целью повышения энергетических характеристик к ним' добавляют металлы и гидриды металлов, таких, как алюминий, бериллий, бор, литий и др. В качестве окислителей могут рассматриваться как широко освоенные в ЖРД компоненты, таас и новые, более эффективные: ННОэ, И»Ом Ом Н О, Г, С1Р . В табл. 39.1 приведены исследуемые и перспективные гибридные композиции и их энергетические характеристики.
Там же для сравнении приведены данные для основных смесевых твердых и жидких ракетных топлив. Сопоставление показывает, что реально существующие гибридные композиции по теоретическому удельному импульсу существенно превосходят твердые топлива и находятся на уровне существующих жидких стабильных топлив, уступая перспективным стабильным и криогенным ЖРТ.
По плотности топлива гибридные композиции находятся между жидкими и твердыми. Из перспективных ГРТ обращают на себя внимание составы е горючими — гидридами металлов. В частности, значительный инте,рес в силу высоких энергетических характеристик представляет композиция гидрид бериллия ВеН» с перекисью водорода Н»О» Это, пожалуй, наиболее эффективная по теоретическим характеристикам композиция из стабильных компонентов ракетных топлив.
Характеристики «обратного» гибридного состава — перхлората нитрония с гидразином — являются довольно высокими по сравнению с существуютцими стабильными ЖРТ. Все приведенные теоретические значения удельного импульса разрабатываемых ГРТ относятся к чистым веществам. Для создания же реального твердого заряда с необходимыми механическими характеристиками потребуется использовать связующие, как правило, снижающие удельный импульс.
Практически все существующие и перспективные ГРТ содержат значительное количество металла. Для создания двигателей с малыми потерями удельного импульса необходимо обеспечить полное сгорание металла и малые потери при течении двухфазных продуктов в соиле. 480 Таблица Лгс! Топлива Стабильныг топлива Существующие Твердые )ЧН СЮ4 + (А! + + полимер) )иН4С!О4 -1-(1.1, Ве + + полимер) 2670 1,7 2990 1,3 Перспективмые Х2О4+ НДМГ нго, + взн, 1,18 Существующие Персвективное Жидкие 3090 ~ 1,06 1,5 1,52 2890 2730 Н202 + (А! + полимер) Н!ЧОз + (А1 + полимер) Существующие Гибридные Разрабатываемые Криогенные топлива Существующие ' Ог+ ке 2980 3860 4050 1,02 0,35 0,67 росии Ог+ Н, Рг+ Нг Жидкие Перспективные Существующие Разрабатываемые !Гибридные ' По аностраннмм данным. зз.
к к твехкомпон нитные твивдо-жидкив топливл Использование тройной композиции в гибридном двигателе предполагает размещение в камере сгорания заряда, содержащего твердый компонент. Считается, что такая, естественная для ГРД, возможность использовать третий твердый компонент дает основания относить ряд максимально эффективных тройных систем к гибридным. Значении удельното импульса и плотности топлива дли некоторых компознний при рс /р =7 МПа/О,! МПа * С!Рз+ 1!Н С!Р + Г! Х204+ ВеН2 Н2О2+ ВеН2 !ЧО2СЮ +)( Н4 02 + полимер 12 -1- 1-!!'! Р2+ Ве)!2 02 + ВеН2 Рг+А!Нз 2930 3180 3510 3750 2950 2980 3630 3950 3710 3530 1,52 1,16 1,5 1,5 1,45 1,! 1,3 1,53 1,3 1,55 Трехкомпоиентные топлива частично рассмотрены в разделе топлив ЖРД.
Известна, что такие тройные системы, как (Ох+ На+ Ве), обеспечивают наиболее высокие теоретические удельные импульсы среди ичвестных химических систем. Вместо бериллия иногда рассматривается гидрид бериллия. В последнем случае максимальный удельный импульс почти не отличается от первого ва|рианта, но плотность топлива оказывается выше, поскольку требуется меньше жидкого водорода.
Согласно термодинамическим расчетам использование бериллия или гидрида бериллия позволит создать системы, на 1000 м/с превосходящие по теоретическому удельному импульсу кислородно-водородное топливо. Однако в литературе отсутствуют данные об экспериментальном подтверждении высоких теоретических характеристик тройных металлосодержащих систем. 39.3. НЕКОТОРЫЕ СХЕМЫ ГРД Схемы двигательных установок с ГРД могут быть весьма многообразны. Может быть различной компоновка емкостей, содержащих жидкий и твердый компонент, организация подачи жидкого компонента (вытеснительная, насосная), процесса горения и т. д. Рассмотрим некоторые из возможных схем, описанные в литературе.
Рне. Зя:.р. Схема экекеримеиталэиого Грд на полиэтилене и перекиси кодородаг à †пак катализатора; р †зар горючего На рис. 39. 2 показана схема экспериментального ракетного двигателя„ работающего на перекиси водорода и полиэтилене. Последний размещен в камере сгорания в виде двух шашек, одна иэ которых горит по внешней, а другая в по внутренней поверхностям. Перекись водорода предварительно разлагается в парогазогенераторе с твердым катализатором. Это устраняет возможность накопления жидкой НрОр и'взрыва ее в период запуска; выход иа рабочий режим становится плавным. При наличии парогазогенератора процесс горения протекает как реакция между твердой (горючес) и газообразной (парокислородная смесь) фазами.
Эксперименты показали равномерность и хорошую устойчивость такого процесса в широком диапазоне давления в камере сгорания, Линейная скорость горения твердой фазы составляла0,5 — 1,0ммгс. После выгораниятвердого .зарядадвигатель некоторое время может работать как одиокомпонентный ЖРД (каталитическое разложение НнОх) с удельным импульсом 1200 — 1400 м/с, что можно использовать как маршевую ступень общей программы эксплуатации.
Зависимость температуры в камере сгорания и удельного им- пульса топлива 907р НрОр+(СзН4)„от соотношения компонентов 482 гр гр м уг 1444 Х 4 Ф УР ЕР 44 Риг пггс тдг дтдрдр рис. Зо.а. Зависимость удельиега импульса н температуры горення теплнва Нгст+пелнетилен Рнс. Зв.е. Слепа грд: 1 — подьод окислителя; 2 — ааряд горючего: 8 — 4орсункп камеры дожигания; с — камера дожигаиияг р — Форсунки окислителя показана на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
