Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Основными являются следующие виды экзотермических реакций. 1. Горение. Горение (окисление) — основной и наиболее распространенный способ получения теплоты. В реакции горения необходимо участие окислительных и горючих химических элементов, которые могут находиться в составе одного или нескольких веществ, образующих топливо. Обычно вещества, состоящие преимущественно или только из окислительных элементов и служащие для окисления горючего, называют о к и с л и т е л я м и, вещества, в которых содержатся преимущественно или только горючие элементы — г о р ю ч и м и. 2.
Разложение. К экзотермическому разложению способны некоторые индивидуальные вещества, при образовании молекул которых затрачена теплота. 3. Рекомбииация. Тепловой эффект рекомбинации (воссоедиИвння) атомов или радикалов, обладающих свободной валентностью, весьма значителен, и поэтому заманчиво использование его в ракетных двигателях.
Однако способы получения и длительного сохранения свободных атомов и радикалов пока не найдены и топлива на их основе не созданы. ': Одним из характерных отличительных признаков химических Ракетных топлив является исходное агрегатное состояние компонентов топлив. Однофазное топливо может быть жидким или твердым.
Гибридное (смешанное) топливо представляет собой сочетание твердого и жидкого компонентов. ' Топливо или его компонент в твердом состоянии обычно разме1цают непосредственно в камере сгорания двигателя, жидкие компоненты хранятся в специальных емкостях — баках, откуда их постепенно подают в двигатель. Однокомпонентное жидкое топливо подается в двигатель в виде одной жидкости. Эта жидкость может представлять собой индивидуальное вещество, либо однородную механическую смесь, либо раствор различных веществ. Д в у хк о м п о н е н т н о е ж и д к о е т о п л н в о состоит из двух Раздельно хранящихся и раздельно подаваемых в двигатель ком- 13 !.2. Укрупненная классификация реактивных двигателей понентов: окислителя и горючего, которые, в свою очередь, могут быть индивидуальными веществами либо смесями (растворамн) веществ.
Такое топливо, называемое также топливом раздельной подачи, является наиболее распространенным видом жидкого ракетного топлива. Возможно также применение м н о г о к о ми о н е н т н ы х (обычно не более трех компонентов) жидких и гибридных топлив. Твердые ракетные топлива содержат в своем составе окислительные и горючие элементы. Весь запас твердого топлива в виде топливных зарядов определенной формы размещается в камере сгорания двигателя. В соответствии с приведенной классификацией топлив ракетные двигатели на химическом топливе подразделяют на жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), ракетные двигатели на твердом топливе (РДТТ), гибридные ракетные двигатели (ГРД).
На классификационной схеме (рис. !.2) все эти двигатели показаны вместе с другими типами ракетных двигателей, с воздушно-реактивными и гидрореактивными двигателями. С двигателями, использующими окружающую среду, ракетные двигатели на химическом топливе могут образовывать комбинированные силовые установки. На рис. 1.2 выделены типы двигателей, рассматриваемых в настоящей книге. Возможности ракетных двигателей на химическом топливе интересно сопоставить с возможностями воздушно-реактивных двигателей. Из рис.
1.3 видно, что возможности летательных аппаратов, на которых в настоящее время преимущественно применяются ВРД, существенно ограничены по высоте и скорости полета. В пределах относительно плотных слоев атмосферы ограничениями являются аэродинамическая несущая способность крыла и предельно допустимый аэродинамический нагрев. На высотах более 40 ...
50 км применение ВРД практически исклю- ы КЗ. Области применения ЛА с реактивными двигателями: 1 — современные апператм с ВРД; перспектиеные аппараты с ВРД; и — ограничение по подъемной силе; б — ограничение по еародинамич е. скому нагреву Лилсея кссисесс- кса скс сспм 00 чено из-за малой плотности воздуха, необходимого для О/ 00 05 05 0770 Е 5 5 УУкн/с работы двигателей. Применение РД на химическом топливе в плотных слоях атмосферы раздвигает упомянутые ограничения, а за пределами земной атмосферы ракетные двигатели являются пока единственно пригодными для управляемого полета летательных аппаратов. В соответствии с основными задачами управления движением ракетно-космических аппаратов ракетные двигатели выполняют две основные функции: создание тяги, необходимой для управляемого перемещения аппарата в поле тяготения и в среде с сопротивлением, и создание управляющих усилий и моментов, необходимых для управления движением центра масс (стабилизации) и для целей ориентации.
Классификация двигателей согласно этим функциям довольно условна. Нередко функции объединяются в одной двигательной установке. Обычно различают основные (маршевые) и вспомогательные двигатели. Тяга основных двигателей, обеспечивающих взлет и ускорение летательного аппарата на активном участке полета, достигает десятков меганьютонов (сотен и тысяч тонн). В качестве основных двигателей применяют ЖРД и РДТТ.
Основные двигатели могут иметь средства для создания управляющих усилий, тогда эти двигатели используют и для стабилизации. Среди вспомогательных двигателей различают: р у л е в ы е двигатели, служащие для управления полетом по заданной программе; двигатели коррекции, включаемые в космическом полете для изменения направления и скорости полета аппарата; т о р м о з н ы е, применяемые для посадки (торможение для схода с орбиты и собственно посадка), а также для торможения отделяемых ступеней многоступенчатых ракет при их разделении. Рулевые, корректирующие и тормозные двигатели имеют существенное меньшую тягу. Это преимущественно ЖРД и иногда РДТТ. К вспомогательным относят также двигатели систем о р и е н т а ц и и и у п р аз л е н и я движением (стабилизации 1 4. Изменение параметров по тракту теплового ракетного двигателя космического летательного аппарата), двигатели стыковки аппаратов, а также индивидуальные РД, служащие для передвижения и маневрирования космонавта в свободном полете вне корабля.
Все эти двигатели обычно развивают очень небольшую тягу. Двигатели, используемые в качестве исполнительных органов систем управления движением космических летательных аппаратов и имеющие тягу от 0,01 до 1600 Н, называют д в иг а т е л я м и м а л о й т я г и (РДМТ). Все ракетные двигатели на химическом топливе являются тепловыми.
В большинстве тепловых РД подвод теплоты к рабочему телу осуществляется при постоянном или почти постоянном давлении. На рис. !.4 показан характер изменения параметров рабочего тела по тракту такого двигателя. Г д д н д 11. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КАМЕРЫ И ДВИГАТЕЛЯ 2. !. ТЯГА КАМЕРЫ Назначение камеры — преобразование энергии топлива в кинетическую энергию струи для создания реактивной силы.
Необходимое для получения струи ускорение выбрасываемого вещества можно получать посредством различных воздействий на поток: геометрического, расходного, теплового, механического. В ракетных двигателях обычно используют геометрическое воздействие — ускорение потока в сужающихся и расширяющихся соплах — как наиболее просто реализуемое. Тягой камеры называют результирующую газодинамических сил, действующих на внутренние поверхности камеры во время ее работы, и сил воздействия невозмущенной окружающей среды на наружные поверхности камеры, за исключением сил внешнего аэродинамического сопротивления. При таком определении тягу камеры можно замерить непосредственно на стенде.
Возникновение сил, действующих со стороны продуктов сгорания на омываемую ими внутреннюю поверхность, обусловлено рабочим процессом в камере. Поскольку силы внешнего аэродинамического сопротивления отделены от тяги, из сил воздействия внешней среды следует учитывать лишь силы давления невозмущенной окружающей среды. Определим тягу камеры, изображенной на рис. 2.1. Границей между наружной и внутренней поверхностями камеры будем считать кромку (срез) выходного сечения сопла а — а. Камера симметрична.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
