Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Известно, например, что для крупномасштабных кислородно-керосиновых )КРД с головкой по схеме жидкость — жидкость и однокомпонентным)) струйными форсунками отношение скоростей впрыска более летучего кислорода и менее летучего керосина составляет 3 и более, при этом обеспечивается устойчивость горения. Расходонапряженность является проектным параметром двигателей, значение которого в ряде случаев влияет на устойчивость горения. Этот параметр часто рассматривается как критерий для оценки трудности борьбы с высокочастотной неустойчивостью.
Например, для ЖРД Р = 1 (США), имеющего весьма высокую расходонапряженность (-3,53 1п' кг/(м'.с)), проблема обеспечения 3!2 27.4. Примеры конфигурации апти. пульсациоииой перегородки устойчивости оказалась очень трудной. Для посадочного и взлетного двигателя лунного экспедиционного корабля (тк ж 3,5 10а кг/(ма.с) ) обеспечение устойчивости не представляло большой проблемы. Такую особенность связи высокой расходонапряженности и неустойчивости объясняют тем, что при высоких расходонапряженностях в камере сгорания в зоне возникновения возмущения находится относительно большое количество несгоревшего топлива, достаточное для подпитки первоначального возмущения.
Важным конструктивным средством, обеспечивающим подавление колебаний в камере сгорания, является оптимальное распределение процесса горения (выделения энергии) по объему камеры сгорания (газогенератора). Для случая продольных колебаний это означает, что в целях уменьшения связи между колебаниями давления, пучности которых находятся вблизи огневого днища, и процессом выгорания необходимо растягивать зону горения вдоль камеры сгорания. В этом случае в области, наиболее благоприятной для проявления связи между колебаниями и процессом горения, выделяется меньше энергии, что повышает устойчи. вость. Для обеспечения более устойчивой работы ЖРД к поперечным колебаниям можно регулировать распределение процесса горения и в направлении, перпендикулярном оси камеры сгорания. Это осуществляется с целью пространственного и временного рассогласования областей выделения энергии при горении и максимальных амплитудах колебаний давления.
Следовательно, основной задачей конструктора является определение участков смесительной головки, наиболее чувствительных к изменениям давления и скорости для различных поперечных колебаний, и организация структуры горения таким образом, чтобы двигатель был устойчивым. Существенное влияние на высокочастотную устойчивость в камере сгорания оказывают также пристеночные эффекты, создаваемые вблизи огневой стенки для уменьшения тепловых потоков к ней.
Известно, что уменьшение количества непрореагировавшего топлива по периферии камеры повышает устойчивость процесса по отношению к тангенциальным модам колебаний. Среди конструктивных мероприятий находят также применение специальные антипульсационные перегородки. Их роль в повышении устойчивости состоит в изменении акустических характеристик камеры и предохранении предпламенной зоны от воздействия пульсаций. В качестве примера на рис. 27.4 показан вид айтипульсационных перегородок. Важное значение имеют также меры, направленные на демпфирование колебаний — добавка к горючему твердых частиц, ис- 313 пользование аблирующих покрытий на стенках, установка акустических поглотителей, которые способствуют поглощению энергии колебаний. ВЧ-неустойчивость представляется сложной и недостаточно изученной проблемой; вследствие выраженного разрушительного характера ВЧ-неустойчивость нередко является труднопреодолимым препятствием при разработке ЖРД.
гл А В А ХХЧНЕ ОСОБЕННОСТИ ЖРДМТ 28Л. НАЗНАЧЕНИЕ РДМТ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ При выполнении программы 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 системы управления РДМТ применяются в системах обеспечения запуска маршевых ЖРД (с целью создания перегрузки, обеспечивающей поступление жидких компонентов к заборным устройствам), 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, находящиеся 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 миллиона.
Типичный РДМТ этого класса прост по конструкции (это, как правило, отсечной клапан с быстродействующим приводом и сопло) и обладает высокой надежностью. Эти качества обусловили широкое использование таких двигателей в системах управления уже на ранней стадии развития космонавтики. Однако ввиду низкой экономичности систем на сжатом газе (1„ - 600 ... 700 м/с) большее применение находят более эффективнйе системы управления с использованием РДМТ иа двухкомпонентном газообразном или жидком (одно- и двухкомпонентном) топливах. Системы управления, 3!4 28Л. Классификация ракетных двигателей малой тяги в качестве исполнительных оганов которых применяются ЖРДМТ, в настоящее время являются наиболее распространенными.
К ЖРДМТ относят ЖРД с тягой от 0,01 до 1600 Н. Как показано на классификационной схеме, изображенной на рис. 28.1, два основные класса ЖРДМТ составляют двухкомпонентиые ЖРДМТ, работающие на двухкомпонентном жидком (самовоспламеняющемся или несамовоспламеияющемся) ракетном топливе, и однокомпонентные ЖРДМТ, работающие на однокомпонентном ЖРТ. Среди однокомпонентиых ЖРДМТ различают каталитические и термокаталитические двигатели. В каталитическом ЖРДМТ превращение топлива в газообразные продукты химических реакций осуществляется с помощью катализатора.
Разновидностью каталитического ЖРДМТ является термокаталитический ЖРДМТ, в котором производят принудительный подогрев катализатора. Возможно применение электронагревных ЖРДМТ— двигателей, в которых кроме химической энергии топлива используется электрическая энергия, подводимая к топливу или к продуктам химических реакций. На космическом аппарате может быть установлено несколько десятков ЖРДМТ, поэтому большое значение имеет микромиииатюризация входящих в состав ЖРДМТ агрегатов, обеспечивающая уменьшение габаритных размеров и массы двигателей. 28.2.
РЕЖИМЫ РАБОТЫ. ДИНАМИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЖРДМТ могут работать в непрерывном и импульсном режимах. Непрерывным считается режим работы ЖРДМТ при однократном включении такой продолжительности, при которой удельный импульс тяги практически не зависит от времени включения. Для большинства существующих двухкомпонентных ЖРДМТ продолжительность непрерывного режима находится в пределах от 0,25 до нескольких тысяч секунд. Импульсным режимом работы называют режим многократных кратковременных включений ЖРДМТ, при котором удельный импульс тяги в общем случае зависит от времени включения, порядкового номера импульса и частоты включений. Для большнн- 3!5 28.2. Диаграмма работы ЖРлыйа: т — ток; и — напряженна; т — врео,н мя открытие клапана: тп н — вРемя аакрытня клапама ства существующих двухкомпоар нентных ЖРДМТ время включе- ния при импульсном режиме а)! работы составляет 0,01 ...
1 с. Различают установившийся и неустановившийся импульсные режимы работы ЖРДМТ. Установившимся считают импульсный режим, при котором удельный импульс тяги не зависит от порядкового номера включения. На неустановившемся импульсном режиме удельный импульс тяги зависит от порядкового номера включения. Широкое распространение имеет также режим одиночных включений ЖРДМТ вЂ” режим работы с паузами, в течение которых двигатель приходит в исходное состояние. Диаграмма- работы ЖРДМТ приведена на рис. 28.2.
На диаграмме показаны основные переходные процессы и интервалы времени, их характеризующие (динамические параметры ЖРДМТ). Время включения ЖРДМТ т,„представляет собой интервал времени от момента подачи напряжения на управляющий злектроклапан до момента снятия напряжения. Время останова — интервал времени от момента снятия напряжения с злектроклапана до момента, когда тяга или давление в камере снизятся до условного значения, равного 0,1 значения тяги или давления в камере на непрерывном режиме. Это время характеризует последействие ЖРДМТ и обозначается т, . Сумма времени включения и оста- нова составляет время работы ЖРДМТ. Время выхода на режим т,, исчисляется как интервал времени от момента подачи напряжения на электроклапан до момента, когда тяга или давление в камере достигают значения, равного 0,9 значения тяги или давления в камере на непрерывном режиме.
Интервал времени от момента снятия напряжения с электроклапана ЖРДМТ до момента подачи напряжения составляет паузу между включениями т,. Отношенйе паузы к сумме времени включения и паузы называется скважностью включения ЖРДМТ: з = т,!(т,„+ тп). Скважность можно также определить как произведение частоты включения (число включений в секунду) на паузу: з = !тп. Козффициентом заполнения импульсного режима ЖРДМТ й, называют отношение времени включения к сумме времени включения и паузы: й, = = т,„!(т,„+ т,). Значение я, можно также определить как произведение частоты включения на время включения: й, = !т,„. Понятие тяги ЖРДМТ используют обычно для установившегося непрерывного режима работы.
Для других режимов использурот понятие импульса тяги — интеграла тяги ЖРДМТ по времени. Составляющими импульса тяги являются импульс тяги при вы- 316 ходе на режим !а,а и импульс последействия 1„». Импульс тяги ЖРДМТ вЂ” один из основных параметров, задаваемых при проек' тировании. Характеристикой экономичности ЖРДМТ является удельный импульс тяги, который определяется следующим образом: при непрерывном режиме работы — как отношение тяги ЖРДМТ к расходу топлива при установившемся непрерывном режиме: !т, „= Р(т; при установившемся импульсном режиме работы — как отношение импульса тяги ЖРДМТ для серии импульсов из п включений при установившемся импульсном режиме работы к расходу » топлива за и включений: 17 а =) Рг)т(тп, т =и (т„+ т,„). а На экономичность работы двигателя в импульсном режиме оказывают влияние заклапанные объемы двигателя — объемы от седла клапана до среза сопла форсунок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
