Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 106

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 106)

Возможность многократного включения позволяет, кроме прочего, уменьшить расход материальной части при стендовой отработке двигателя. Возможным направлением развития конструктивной схемы ЯРД может явиться разработка двигателя, использующего при своей работе две топливные композиции. Примером может служить двигатель фирмы «Эроджет» (США) для прорабатываемого варианта одноступенчатого космического самолета. На первом режиме работы двигателя используются жидкий кислород н керосин, на втором режиме, при полете в верхних слоях атмосферы, — топливо (0«)„,+(Нз),.

Такая схема работы позволяет уменьшить гравита- ционные потери благодари большой начальной тяговооруженности и аэродинамические — вследствие большой плотности керосина и уменьшения объема бака с жидким водородом: Применение сопел с большой степенью расширения приводит к значительному увеличению габаритов двигателя.

Одним из путей достижения высоких энергетических характеристик при наличии ограничений на размеры является использование раздвижных, прежде всего двухпозиционных сопел, конструктивные решения которых известны. Следует отметить, что к разрабатываемым маршевым двигателям все чаще предъявляется требование возможности дросселирования тяги в широком диапазоне — до 50$ и ниже — с обеспечением высоких энергетических характеристик во всем диапазоне режимов работы. Основой развития ЖРД является более г л у б о к о е н з у ч еи не ел ож н ы х рабочих процессов, происходящих в двигателе.

Создание надежного форсированного н экономичного двигателя немыслимо без детального анализа и отработки основных процессов. Постоянной тенденцией является все более точное и полное количественное описание явлении, происходящих в системе подачи, камере сгорания, сопле двигателя, более точный расчет динамики и процессов выхода двигателя на режим стационарной работы. Важнейшим вопросом является изучен~не природы неустойчивости горения в ЖРД л,разработка методов исключения или ограничения этого явления. В связи с этим серьезное внимание уделяется разработке теории моделирования ЖРД, которая позволяла бы по результатам испытания модельной малой камеры определить основные показатели камеры большой тяги.

К этим показателям относят коэффициенты, характеризующие степень совершенства рабочих процессов в камере сгорания н сопле (~р„и Ч~,), границы устойчивого горения, распределение. плотности тепловых потоков н т. и. Наряду с моделированием важное внимание уделяется разработке способов надежного обобщения результатов исследований натурного двигателя. Целью этого является уменьшение количества испытаний, обоснованное определение таких, например, параметров, как эффективность процессов н надежность двигателя при малом числе испытаний. Конечной целью разработки теории является доведение ее до состояния, позволяющего надежно определять характеристики процесса на стадии проектирования.

Прн наличии все более полных и точных методов ~расчета основных процессов автоматизированное проектирование двигателей с использованием современной вычислительной техники позволит существенно сократить сроки н стоимость разработки ЖРД, повысить их надежность. Вместе с тем следует отметить, что экспериментальная отработка пока еще, к сожалению, остается основным определяющим этапом создания надежного двигателя. Потребности ракетно-космической техники стимулируют развитие отраслей науки, связанных с созданием теоретических основ 500 расчета и проектирования ЖРД, и методов, обеспечивающих более глубокую и полную интерпретацию результатов экспериментов и их обобщение.

4Е2. РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ИА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ Главными направлениями совершенствования РДТТ остаются улучшение их массовых и энергетических характеристик и повышение надежности. При повышении эффективности топлив путем увеличения удельного импульса и плотности топлив необходимо не только сохранить, но и улучшить физико-механические свойства зарядов. В особенности это относится к повышению эластичности топлив, обеспечивающей нх работоспособность при отрицательных температурах и в условиях повышенных деформаций корпусов двигателей, с которыми скрепляются заряды. Энергетические характеристики смесевых топлив могут быть повышены путем замены основных компонентов существующих топлив более эффективными, например, такими.

как синтетические горючие, в которых металлические элементы химически связаны с другими элементами. Повышение доли окислителя до определенных пределов также должно способствовать повышению удельного импульса. С целью обеспечения бездымности факела двигателей тактических ракет и космических аппаратов исследуются окислители, которые дают возможность получить сравнительно высокий удельный импульс без применения металлического горючего и добавок перхлоратных окислителей. Некоторые из возможных направлений разработок по топливам достаточно подробно рассмотрены в гл.

ХХХ. Значительным резервом улучшения энергетических характеристик РДТТ является совершенствование процессов горения и истечения. В частности, одним яз путей является снижение потерь из-за скоростной неравновесности двухфазного потока посредством соответствующего профилирования сопел. Основным направлением улучшения массовых характеристик РДТТ является совершенствование конструкции и применение новых материалов.

При изготовлении корпусов и сопел стремятся применять материалы с большей удельной прочностью, более эффективные теплозащитные н эрозионностойкие покрытия, например углепластики и углеметаллопластнки. В большинстве случаев новые металлические материалы характеризуются улучшенными свойствами, полученными в результате применения новых технологических процессов, улучшения техники легирования и модификации структуры.

Изготавливают сварные корпуса намоткой из холоднокатаной стальной ленты. Большое значение придают улучшению свойств тугоплавких сплавов на основе ниобия, тантала, вольфрама, молибдена, ванадия и др. Веду|ся работы над улучшением качеств стекловолокна. Стеклопластики выполняются на основе эпоксидной нлн фенольной смолы. Значительные успехи достигнуты в области угольных и графитовых волокон.

Основная часть проводимых работ по соплам направлена на уменьшение их стоимости путем использования материалов, более дешевых, чем материалы на базе угольной ткани и фенольной смолы. Рассматриваются материалы на базе асбестового н кварцевого волокна. Опыт разработки и эксплуатации различных РДТТ, опыт, накопленный при стендовых испытаниях больших двигателей, позволяет надеяться .на возможность многократного использования различных элементов конструкции РДТТ. Многократно используемые двигатели выдвигают еще более жесткие требования к материалам конструкции и теплозащитных покрытий. Важной задачей совершенствования РДТТ и повышения их конкурентоспособности является расширение воз м о ж наст ей регул и ров ани я, прежде всего обеспечения многоразового запуска двигателя и изменения вектора тяги в необходимом диапазоне.

Двухзарядные (двухрежимные) РДТТ и двигатели с регулированием тяги подачей жидкости, двигатели с соплами переменной геометрии уже включены в разработки перспективных программ. Схемы гашения заряда водой изучены настолько, что могут быть приняты для проектных разработок. Применение твердых охладителей для гашения заряда также представляется перспективным. Новым достижением в области разработки органов управления вектором тяги является сопло с упругим элементом. Исследуется возможность разработки эффективной системы отбора газов из камеры РДТТ для привода силовых установок. В исследовании рабочих процессов и разработке методов надежного расчета рабочего процесса РДТТ можно отметить общие е ЯРД проблемы механики и газовой динамики реагирующего, в болыпвнстве случаев двухфазного рабочего тела.

Быстрая отработка надежных и эффективных РДТТ возможна только на базе совершенных методов расчета прочности заряда и корпуса, процессов воспламенения, стационарного режима работы и отсечки тяги двигателя. Широкое распространение РДТТ придает особую актуальность задачам разработки и уточнения методов расчета двигателей. Глааа ХI П АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 42Л. ИСПОЛЪЗОВАНИЕ ЭВМ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ Проектирование двигателя ведется в соответствии с техническим заданием (ТЗ), которое утверждается разработчиком ракетного комплекса, а создается им совместно с двигателистами.

Техническое задание содержит информацию, определяющую топливо и схему двигателя, его основные параметры, такие, как тяга, соотношение компонентов, давление в камере сгорании и на срезе сопла и др. При определении этих характеристик разработчик ракеты пользуется, как правило, приближенной моделью двигателя и его параметров, позволяющей найти их значения, оптимальные в смысле целевой функции создаваемого комплекса. Проектирование является многоуровневым иерархическим процессом с повторениями, возвратами к предыдущим стадиям. В соответствии с принятым в технике порядком разработка двигателя проводится в несколько этзпов: техническое предложение, эскизное проектирование, рабочее проектирование.

Каждый из названных этапов характеризуется определенным объемом расчетной работы и экспериментальной отработки. На этапе выпуска технического предложения и эскизного проектирования производится анализ имеющегося опыта разработки в отечественном и зарубежном двигателестроеиин, выполняются теоретические и экспериментальные работы, рассматриваются перспективы развития отрасли техники. На этой основе принимаются решения о схеме двигателя, его основных параметрах. Выбираются характеристики регулирования двигателя, давление компонентов на входе в ЖРД, решаются вопросы стыковки двигателя со смежными системами, оцениваются возможности производства, затраты, сроки создания двигателя.

После разработки и защиты технического предложения производится эскизное проектирование, выпускается техническая документация до сборочных чертежей узлов. Целью этого этапа является выбор основных рабочих и конструктивных параметров, увязка взаимодействия всех элементов конструкции, выполнение необходимых расчетов, составление подробного плана отработки двигателя. Разработка проекта двигателя заканчивается рабочим проектированием,,в результате которого определяется конструктивная форма двигателя н всех его элементов, выпускается Рабочая документация, иа базе которой готовится технологическая документация и осуществляется подготовка производства. Сложность рабочих процессов, протекающих в ракетных двигателях, невозможность ири современном состоянии науки надежного теоретического определения с необходимой точностью характеристик устойчивости процесса горения, твплообмена, функцяоннро- вания сложных узлов и т.

Характеристики

Список файлов домашнего задания