Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Большое газообразование, обеспечивающее утолщение пограничного слоя и снижение тепловых потоков в стенку. Высокая механическая прочность, хорошая сопротивляемость тепловым и механическим ударам, эрозии. Технологичность и недефицитность исходных материалов. Оптимальное сочетание упомянутых характеристик может обеспечить приемлемую массу конструкции и относительно малый унос массы. Все абляционные материалы можно разделить на две большие группы: материалы, в которых происходит «жертвенный» унос м а се ы с п о в е р х н о с т и покрытия без образования обугленного слоя; материалы, отличительной чертой которых является в н у трен ннй уио с м ассы.
К первым относятся вещества, сублимирующие при нагреве (покрытия из минеральных солей и оргаии- ческой связки), плавящиеся и испаряющиеся (различные типы каучуковой изоляции, кварц), а также их комбинации, Ко вторым относятся армированные пластмассы на основе феиольных, кремний-органических и других смол (теплопоглотитель) со структуроносителем из графитового или кварцевого волокна и других веществ. В соответствии с характером уноса массы различают и два типа абляционного охлаждения: с поверхностным н внутренним уносом.
Второй вид, схема которого приведена на рис. 22.17, более распространен. г)г,Мм/г гбррг РРОУГ Убпк УПК и ууяггиуц 6,В 0г6 Теггггрлрй пагггпк 6,4 6,Я гд гЮ у.щ-б д„,г,иг 2гар гуму лггс. гг. ув Риг 22лй. язмеиеяне скорости аблвцвв з зависимости от плотности топленого нотона омвз- зимва температура поаеркиости 222О' С) При интенсивном нагреве композиционного аблирующего материала происходит тепловое разложение — пиролиз связующего вещества (наполнителя). Остатки термического разложения образуют на поверхности пористый обугленный слой. Газообразные продукты пиролиза, например, водород, углеводороды, просачиваются через поры и микротрещины в нагретом слое кокса; при этом происходит теплообмен между этими газами и карбоиизированнои средой и газообразные продукты поступают с поверхности в пограничный слой.
Такой выброс газообразных продуктов пиролиза препятствует распространению тепла вглубь материала, и в результате этого значительно уменьшается конвективный тепловой поток к силовой конструкции. Эффективная работа абляционной тепловой защиты, в том числе и эрозионная стойкость, возможны лишь в случае, если термическое разложение входящих в ее состав смол протекает с образованием на поверхности сильно науглероженного слоя. Вследствие сложного механизма абляции и большого многообразия применяемых материалов пока отсутствует универсальная 308 рис„22зу. Схема стационарной аблацни бснолсного углспластнна (масштаб ве нмцерягаш еиатеиил температур тваитвме)г г — слой коксе; гу — зона неполного коксоязния; пг-слой исхолного материале", гу — несущая конструкция методика определения скорости уноса материала.
На установившемся режиме работы линейная скорость абляции составляет в=у/(ФЫ. гре 9 в плотность теплового потока к поверхности; Π— плотность аблирующего материала; Ял — теплота абляции, определяемая обычно экспериментально. В качестве примера на рис. 22.18 приведены расчетные и опытные данные по скорости стационарной абляции в зависимости от гг для рефразилфенольного материала.
рас. йтпй, Кеастрративнаи сиама ° амерм с аблициопнмм нкламиаюммг Г-татановмй нарпусг р-бвацам. р-тепловой вкраиг е — прослогькв ив летного |гомповицновного материала; Р-облицовке ав кварцевой тквйи. пропитанной Оенольйей смолой Время выхода на стационарный режим абляции зависит от многих факторов, прежде всего от параметров продуктов сгорания и природы аблирующего материала. Роль нестационарного режима увеличивается, естественно, при малом общем времени работы двигателя. Закономерности нестационарной абляции определяются чаще всего экспериментально и содержатся в специальной литературе [65, 671.
В практике ЖРД абляцнонное охлаждение применяют для двигателей малых тяг обычно в сочетании с другими способами теплозащиты. На рис. 22.19 приведена в качестве примера конструктивная схема камеры лунного посадочного ЖРД американского космического корабля «Аполлон». 229. КОМБИНИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ СТЕНОК В камерах современных ЖРД чаще всего встречаются комбинированные системы защиты стенок.
представляющие собой сочетание двух или более способов теплозащиты. Наиболее распространенным является сочетание наружного проточного регенеративного охлаждения с внутренним. Последнее применяют в виде защитной зоны, создаваемой смесительной головкой, или в виде завесного охлаждения. В особо тяжелых по термической напряженности вариантах камер можно применять одновременно оба упомянутых вида внутреннего охлаждения. При наличии хорошо отработанных пористых материалов целесообразно применять пористые вставки на участках максимальных тепловых потоков. На этих же участках целесообразно применение вкладышей из аблирующнх материалов.
Лбляционное охлаждение может применяться в сочетания с емкостным. Известны примеры комбинации емкостного охлаждения с внутренним завесным. Находит применение сочетание наружного проточного регеие. ративного охлаждения с защитой огневой поверхности термоизоляцкониыми покрытиями. Для камер, имеющих большую геометрическую степень расширения сопла, на участке его расширяющейся части с относительно низким давлением и температурой газа ограничиваются радиационным охлаждением.
Необходимость увеличения ресурса ЖРД, а также применение новых высокоэнергетических топлив, предъявляют новые повышенные требования к системам защиты стенок камеры, Совершенствование этих систем идет по пути изыскания высококачественных материалов и целесообразных схем различных вариантов охлаждения. Глава ХХЛТ ОСОБЕННОСТИ ЖРДМТ 23З. НАЗНАЧЕНИЕ РДМТ.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ При выполнении программы полета летательным аппаратом необходимо выполнять такие операции управления, как ориентация и стабилизация аппарата в пространстве, коррекция его траектории, сближение и стыковка с другим космическим объектом, торможение, спуск и посадка. Эти операции обычно обеспечиваются активными системами управления летательным аппаратом, исполнительными органами которых являются ракетные двигатели малой тяги (РДМТ).
Кроме систем управления РДМТ применяются в системах обеспечения запуска маршевых ЖРД (с целью создания силы тяжести), разделения частей летательного аппарата, спасения космических аппаратов при аварийном старте ракеты, для обеспечения мягкой посадки и др. В качестве рабочих тел РДМТ используют жидкие, твердые и газообразные топлива, а также газы, запасенные в баллонах высокого давления (азот, водород и др.) или получаемые при возгонке сублимирующих веществ.
Твердотопливные РДМТ отличаются от РДТТ больших тяг в основном только геометрическими размерами, РДМТ такого типа используют обычно в ракетно-космических системах, где достаточно однократного включения двигателей, например при мягкой посадке, при разделении частей летательного аппарата и т. п. Число включений ракетных двигателей, использующих в качестве рабочего тела сжатые газы, достигает десятков тысяч. Типичный РДМТ этого класса прост по конструкции (это, как правило, отсечной клапан с быстродействующим приводом и сопло), он обладает высокой надежностью.
Эти качества обусловили широкое 3!О рае. тат. Кааееийиааиаа раааеииа лаитатеааа иаира тати использование таких двигателей в системах управлении уже нз ранней стадии развития космонавтики. Однако вниду низкой экономичности систем на сжатом газе все большее применение находят более эффективные системы управления с использованием РДМТ на двухкомпонентном газообразном или жидком (одно- и двухкомпонентном) топливах. Системы управления, в качестве исполнительных органов которых применяются ЖРДМТ, в настоящее время являются наиболее распространенными. К ЖРДМТ относят ЖРД с тягой от 0,01Н до 1600 Н. Как показано на классификационной схеме рис.
23.1, два основные класса ЖРДМТ составляют двухкомпонентные ЖРДМТ, работающие на д в у х к о м п о н е н т н о м жидком (самовоспламеняющемся нли несамовоспламеняющемся) ракетном топливе, и одн ок о м п он е н т и ы е ЖРДМТ, работающие на однокомпонентном ЖРТ, Среди однокомпонентных ЖРДМТ различают каталитические и термокаталитические двигатели. В к а т а л и т и ч е с к о м ЖРДМТ превращение топлива в газообразные продукты химических реакций осуществляется с помощью катализатора. Разновидностью каталитического ЖРДМТ является т е р м о к а т а л и т и- ческий ЖРДМТ, в котором производят принудительный подогрев катализатора. Возможно применение электрон агревн ых ЖРДМТ вЂ” двигателей, в которых кроме химической энергии топлива используется электрическая энергия, подводимая к топливу или к продуктам химических реакций.
23.2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ. ДИНАМИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЖРДМТ могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Непрерывным считается режим работы ЖРДМТ прн однократном включении такой продолжительности, при которой удельный импульс тяги практически не зависит от времени включения. Для большинства существующих двухкомпонентных ЖРДМТ продолжительность непрерывного режима лежит в пределах от 0,25 до нескольких тысяч секунд. Импульсным режимом работы считают режим многократных кратковременных включений ЖРДМТ, при котором удельный импульс тяги в общем случае зависит от времени включения, по- аы зре ня Рие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
