Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Это может быть достигнуто либо использованием независимого охладителя (обычпо это рабочее тело системы терморегулировання спутника нлн КА), либо постановкой специального конструктивного элемента с повышенным термическим сопротивлением. Такой элемент уменьшает тепловой поток от камеры в форсуночную головку. В некоторых случаях форсуночная головка изготавливается из пластины, в которой путем травления получены топливные каналы. Вследствие равномерности и тонкости распыла уменьшается плотность теплового потока к форсуночной головке и увеличивается полнота сгорания. 23ХЬ ОДНОКОМНОНЕНТНЫЕ ЖРДМТ Однокомпонентные ЖРДМТ по сравнению с двухкомпонентнымн проще по конструкции, однако уступают им по динамическим характеристикам. Наиболее распространенными топливами для однокомпонентных ЖРДМТ являются перекись водорода и гндразин.
Достигнутый нижний уровень тяги — 0,09 Н, число включений и время работы — примерно те же, что и для двухкомпонентных ЖРДМТ. На рис. 23.7 приведены зависимости удельного импульса 7„л для И,Н» от условной степени разложения аммиака и для перекиси водорода — от концентрации ее (см. гл. ХХ1Ъ'). Видно, что по теоретическому удельному импульсу гидразин превосходит перекись. 316 Имеет он и эксплуатационные преп- Вл м~' мущества, так как перекись водорода нестабильна, особенно при контакте со многими конструкционны- ,ес- мир ми материалами, при загрязнениях н т. п.
Применение каталитического яа разложения гидразина длительное время сдерживалось из-за отсутствия эффективного катализатора. мрр После того, как такой катализатор, Яге))-405, был создан, гидразиновые мрд двигатели получили широкое распространение. Герд Катализатор 5Ье11-405 разлагает гидрае =рп -я б р„м,.
О,р,. ,ставляет собой зерна окиси алюминия (1 — 2,5 мм) с силъич развитой поверхностью, покрытые иридием — одним из нан- гррр б * р х * * р б " б -. б м бр и б у р пения; высокой каталитической способно- ряс. зкт. зависимость тдедьвеге амстью; высокой тсплопроводностью; малым коэффициентом термического расширения; г †д %нб цт стецеяя раезожевня высокой термостойкостью; хорошими меаммяаке хмн , 'г — ддя Н,Ор-ог концентрации ее с баггу' ханнческимн свойствами. В СШЛ намечается стандартизация и унификация гидразиновых двигателей в диапазоне тяг от 0,4 Н до 27 Н (6).
На рнс. 23.8 приведена схема одного из вариантов стандартизуемого ряда. За пределами упомянутого диапазона тяг схемы гндразиновых двигателей иногда существенно отличаются от приведенной на рис. 23.8. Например, для двигателей очень малых тяг (0,1 — 0,4 Н) диаметр сопла форсуики для впрыска жидкого гидразина в камеру очень мал, что усложняет эксплуатацию двигателя, так как становится реальной возможность засорения отверстия, Во избежание этого топливо предварительно газифицируют (нормальная температура кипения гидразина 387 К). Если затем нагреть топливо еще на 200 — 300 К, то можно осуществить термическое разложение гидразина, что и было реализовано в ряде конструкций двигателей очень малых тяг (61. Рис 23.к Кевстртктявиая схема гвареьввевеге дввгвгьеяу Г-ицквед теядявар 3 — фильтр; 3 — кдаеав; е — термическое еевротввдевве; я — форегвкаг З-макет катззвьатере Известна схема однокомпонентного ЖРДМТ, когда через катализатор пропускается незначительная часть топлива (10 — !5%), а основная его часть разлагается в камере сгорания благодаря нагреву продуктами каталитического разложения.
Эта схема значительно уменьшает необходимое количество катализатора по сравнению со случаем чисто каталитического разложения. Все увеличивающиеся потребности космонавтики в двигателях малых тяг стимулируют дальнейшее совершенствование )КРДМТ, Глава ХХЛ' РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ТЕЛА В СИСТЕМЕ ПОДАЧИ ТОПЛИВА 24Л. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА И ОБЪЕМА ТОПЛИВНЫХ БАКОВ ы.
с с опведеланне массы компонентов топлива Работа, выполняемая системой подачи, и объем топливных баков определяются массой топлива. Массу компонента топлива, заправ- ляемого в бак, расс читывают по зависимости т„=т„,+')'т, +1/ ),т„, 1 в а (24. 1) где т„,— масса компонента топлива, теоретически необходимая для решения поставленной перед ДУ задачи при номинальных значениях внешних н внутренних факторов; т; — масса компонента топлива на компенсацию .влияния 1-го фактора, носящего систематический характер; т — масса компонента топлива на компенсацию влияния и-го фактора, носящего случайный характер. В число составляющих массы т, включают запас компонентов на работу системы наддува баков, на компенсацию колебаний соотношения компонентов топлива /г, расходы на переходных режимах (например, в период времени до воспламенения компонентов топлива после нх поступления в камеру), а также составляющие массы ть обусловленные особенностями конструкции баков и эксплуатации летательного аппарата.
К таким особенностям относят конструктивные (например, нз-за образования воронок на входе в заборное устройство) н тепловые (из-за образования прогретых выше допустимой температуры слоев топлива при горячей системе наддува) незаборы, предстартовые потери и др. При проектировании многие составляющие в формуле (24.1) для расчета запаса компонентов топлива остаются неизвестными.
Предварительные оценки запаса компонента т„можно выполнить по формуле т„=(1,02 — 1,03) т„,. (24. 2) бблзб опнеделение объема елков После расчета массы заправляемого в бак компонента определяют необходимый объем бака. Для ракет,'стартующих непосредственно после заправки, объем бака компонента равен 1' б.к=йтпкйкакнк~ где ак,,плотность компонента при максимальной температуре эксплуатации; Й вЂ” коэффициент, учитывающий наличие в баках незаполняемых объемов (обычно я=1,005 ...1,01). Для аппаратов с длительным временем хранения после заправки и для двигательных установок космических аппаратов объем бака выбирается с учетом возможного изменения давления в нем при колебаниях температуры компонентов топлива.
Объем бака компонента в этом случае определяют по формуле $l~.„— — )'„+$' „, (24. 3) где кнк — объем подушки бака. При минимальной и максимальной температурах эксплуатации соответственно имеем: кнк + нап ~пакттак (24. 4) а. Аппп «~к ~ аппйпбптпбп к б.к — — — + акаппп Ап1н (24. 5) 24.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАПАСА ГАЗА ВЫТЕСНЕНИЯ В двигателях с вытеснительной подачей топлива помимо увеличения массы конструкции из-за более тяжелых баков эффективность снижается за счет рабочего тела системы подачи, не участвующего в создании реактивной силы.
В случае турбонасосной подачи в создании реактивной силы не участвует рабочее тело системы наддува баков. 319 где и — масса газа в подушке бака. Так как бак герметичен, масса газа в баке при максимальной н минимальной температурах эксплуатации остается неизменной. Разрешая каждое уравнение относительно массы газа и, и приравнивая их друг другу, при К м=К ак получаем т~(Ртактпбмаы ш — РпбпТнакакб б.п ака,а.а,„(Р.бпт„. — Р т М) Эта формула не учитывает изменения давления паров компонентов топлива при изменении температуры и давления, которое может возникнуть в баке в результате разложения компонента при его хранении. Расчет объема баков систем «прямого расширения» без регулирующего давления элемента несколько отличается от изложенного, так как минимальное давление в баке должно выбираться из условия обеспечения работы двигатели к концу вьггеснения; необходимо также учитывать объем, занимаемый газом вытеснения.
Снижение удельного импульса при наличии рабочего тела системы подачи или наддува можно оценить методом эквивалентов (см. гл. И1). По этому методу эффективный удельный импульс определяется формулой г г 71 4г (24. 6) г«1п е„у 2 2 ««кот где пр„= †увеличен массового числа аппарата по сраа- (1+«а«о~) нению со случаем, когда все рабочее вещество (топливо, рабочее тело системы подачи) расходуется на создание тяги; «=т, ~т,. (24. 7) Значение запаса топлива т, вычисляется по значениям массы компонентов т,„и т, в соответствии с формулой (24.1).
Выражения для расчета тл0„для важнейших случаев рабочего тела ВПТ рассматриваются ниже в данном разделе. те ь ь глзовхллониля системл Газ, используемый при вытеснительной подаче топлива, должен обладать следующими свойствами: высокой плотностью при хранении, высокой работоспособностью (малой молекулярной массой), малым значением отношения удельных теплемкостей, минимальной растворимостью в компонентах топлива, химической инертностью к топливу н материалам. Наиболее подходящими по этим свойствам являются азот и гелий, которые и нашли в настоящее время широкое применение.
Запас газа вытеснения в баллоне тшл=тд„, определяют из условия обеспечения рабочего давления в баке при полной выработке компонента с учетом остаточного давления в баллоне 'пил ~~йб~~ + шзб ~1б (24. 8) В формуле (24.8) параметры с индексом «бл» относятся к баллону, с индексом «б» вЂ” к баку, из которого происходит вытеснение; индексы 1 и 2 указывают начальное (начало работы) и конечное (конец работы) состояния системы.
1(оличество газа в баллоне на момент окончания работы системы ттз зависит от особенностей процесса расширения газа и остаточного давления в баллоне. Остаточное давление в баллоне системы ВПТ с редуктором превышает давление в баке на величину минимального перепада давлений в редукторе Лр Значение Лр х зависит от давления подачи и определяется конструкцией редуктора. При истечении из баллона остающийся там газ расширяется, температура его уменьшается, в связи с чем возникает теплообмен со стенками баллона. Поэтому в баллоне происходит процесс расширения с показателем политропы и, удовлетворяющим условию 1<и<я. Учитывая равенство ргбл=ргб+Ьргел и уравнение политропы рыл = сопз1, получим +л 1/л у у, |Ргб+ Рге ) — „, ' |Рм+ Ргее ) (24 9) Количество газа в баке на момент окончания работы находят из уравнения состояния тгб=ргб)~магг).
Количество газа и подушке бака на момент начала работы тж обычно не превышает 11)( от запаса газа вытеснения. Поэтому ве- личиной тж при расчете по формуле (24.8) часто пренебрегают. Количество газа в баке зависит от его температуры, которая в процессе работы может изменяться. Во-первых, реальный процесс дросселирования газа пропсходит с изменением температуры, во- вторых, в процессе работы в бак поступают порции газа, имеющие разные температуры: вначале она выше, чем позднее (в связи с охлаждением газа в баллоне при расширенни). В баке поступив- шие порции газа перемешиваются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
