Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 72
Текст из файла (страница 72)
б бт 44 бб Еб лнаа 321 Из-за особенностей применяемых способов теплозащиты в стенках камеры ЖРДМТ могут возникать продольные тепловые потоки, направленные со стороны сопла (области с более высокой температурой стенок) к камере сгорания. В период паузы между включениями температура участка камеры сгорания, охлаждаемого в период работы двигателя жидкой пленкой, начинает сначала возрастать и при недостаточной паузе может превысить максимально допустимую по условиям возникновения пленочного кипения. Существенной особенностью создания работоспособных ЖРДМТ является необходимость организации специальных мероприятий для поддержания температуры головки камеры в диапазоне, исключающем вскипание топлива в ее полости. Это может быть достигнуто либо использованием независимого охладителя (обычно это рабочее тело системы терморегулирования спутника или КА), либо установкой 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 форсуночные каналы. Вследствие равномерности н тонкости распыла уменьшается плотность теплового потока к форсуночной головке и увеличивается полнота сгорания. 5 9 5 б 28.8.
Конструктивиая схема гидрааииового двигателя: à — подвод топлива: т — фильтр; а — клапан: Š— термическое сопротивление; 5— форсунка; б — пакет «аталиаатора импульсу гидразин превосходит перекись. Имеет он и эксплуатационные преимущества, так как перекись водорода может разлагаться при контакте со многими конструкционными материалами, при загрязнениях и т. п.
В США проводится стандартизация и унификация гидразииовых двигателей в диапазоне тяг от 0,4 до 27 Н. На рис. 28.8 приведена схема двигателя из стандартизуемого ряда. За пределами упомянутого диапазона тяг схемы гидразиновых двигателей иногда существенно отличаются от схемы, приведенной на рис. 28.8. Например, для двигателей очень малых тяг (О,! ... 0,4 Н) диаметр сопла форсунки 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 нагреть топливо еще на 200 ... 300 К, то можно осуществить термическое разложение гидразина, что и было реализовано в ряде конструкций двигателей очень малых тяг. Известен вариант конструкции однокомпонентного ЖРДМТ,' когда через катализатор пропускается незначительная часть топлива (10 ... !б ов), а основная его часть разлагается в камере сгорания благодаря нагреву продуктами каталитического разложения.
Такая схема процесса значительно уменьшает необходимое количество катализатора по сравнению со случаем чисто каталитического разложения. ЖРДМТ на гидразине имеют низкую экономичность (1 < < 2400 м/с на стационарном режиме) по сравнению с ЖРДМТ на двухкомпонентных топливах. Тем не менее, использование гидразина в двигателях с тягой О,! ... 0,4 Н считается оправданным, поскольку изготовление ЖРДМТ с такой тягой на двухкомпонент! ном топливе сопряжено с большими техническими трудностями. 28.8.
НЕКОТОРЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Все увеличивающиеся потребности космонавтики в двигателях малых тяг стимулируют дальнейшее совершенствование ЖРДМТ, реализуемое в принципах их проектирования. Существенным недостатком ЖРДМТ является их низкай экономичность, обусловленная особенностями организации рабо- 322 23 9.
Зависимость удельного импульсп у, и/г ЖРД,Мт Р =. 22,5 Н ог температуры стенки: тм — температура стенки в минималь- урра ном сечении: à — с пристеночнмм слоем: т — беа пристеночного слов чего процесса и охлаждения, гблг а также импульсным режимом работы. Обеспечение качественного смешения компонентов и полного горения топлива в камере ЖРДМТ представляет большие труд. ности в связи с малыми расходами компонентов топлива, ограниченными размерами смесительной головки, необходимостью создания больших расходов компонента (по отношению к общему расходу) иа пленочное охлаждение. Поэтому особое внимание при проектировании уделяют организации рабочего процесса в камере сгорания.
Применяют смесительные головки со струйными элементами с пересечением струй либо в объеме камеры сгорания (сопряжено с технологическими трудностями изготовления отверстий малого диаметра 0,2 ... 0,4 мм, обеспечивающих точное попадание струйки одного компонента в струйку другого), либо на стенке камеры сгорания — головки с одной центробежной двух- компонентной форсункой внутреннего (преимущественно) и наружного смешения; головки со смешением компонентов топлива на клиновидном теле; головки со смешением компонентов в мелкопористых вкладышах типа металлорезины и т.
д. Преодоление ограничений регенеративного охлаждения по давлению в камере сгорания в тяге (см. гл, ХХП1), опасностей перегрева компонента в тракте охлаждения во время паузы (или его замерзания) позволит применять этот вид охлаждения в ЖРДМТ и повышать эффективность двигателя за счет приближения соотношения компонентов топлива к стехиометрическому и снижения расхода компонентов топлива на пленочное охлаждение.
Этому же может способствовать более широкое использование радиационного охлаждения. Действенной мерой повышения экономичности ЖРДМТ является применение для камер жаростойких материалов (молибден, ниобий, тантал) и покрытий (силицидные покрытия на основе )иЬ81„Ь)Ь81„Мо81е и др.), способных выдерживать высокие температуры (-1800 ...
2100 К) в течение длительного времени (рис. 29.8). Исследования показывают, что удельный импульс иа непрерывном режиме двигателей с камерой сгорания из коррозионно-стойкой стали (для топлив типа )маОе + + диметилгидразин) не может превзойти 2700 м/с (при е = 40 ... 60). При качественной организации процесса смесеобразования и применении жаростойких сплавов на основе ниобия и молибдена для указанного топлива можно достичь высоких характеристик экономичности ЖРДМТ (!„на непрерывном режиме 11» 323 3000 м(с, ( на нестационарном импульсном режиме 2000 ... 2400 м/с).
Важным при проектировании ЖРДМТ является обеспечения высоких требований его надежности. Одним из наиболее широко применяемых способов обеспечения высокого ресурса с требуемой надежностью является отработка всех элементов ЖРДМТ с большими запасами. Так, в двигателе й-40 фирмы аМарквардтв, США (тяга — 400 Н, топливо М,О, + монометилгидразин) экспериментально подтверждена рабочая температура стенки камеры сгорания на уровне 1710' при Фактиче-кой рабочей температуре стенки в двигателе около 1100 'С.
Весьма велик для этого даигагеля и запас по прочности камеры сгорания: давление разрушеняя в несколько раз превышает рабочее давление на установившемся режиме, обеспечивая сохранность двигателя при забросе давления в момент запуска. Другой принцип обеспечения надежности — упрощение конструкции с уменьшением общего количества деталей, особенно трущихся, подвергаюн„ихся механическому изнашиванию в процессе работы. В том же двигателе К-40 из 70 деталей только четыре имеют возможность перемещаться: два штока и две пружины клапанов. Третий принцип — принцип самоустранения дефектов тех узлов и деталей, которые могут подвергаться повреждениям прн длительной эксплуатации.
Например, камера сгорания двигателя Й-4Р, выполненная из молибдена, защищена от окисления покрытием из дисилнцида молибдена. Микротрещины, возникаюц1ие на этом покрытии при циклической работе двигателя, «самозалечиваются» свободным кремнием, перетекающим в них из соседних зон покрытия. Точно так же может самоустраняться негерметич-'.
ность клапанов в процессе работы двигателя вследствие того„ что вызвавшие негерметичность частицы загрязнения после определенного количества включений вбиваются в более мягкий материал седла клапана (тефлон). Особые требования предъявляются к наиболее важным агрега-, там ЖРДМТ вЂ” клапанам. Клапан должен обеспечивать высокое быстродействие (время открытия и закрытия 1О ... 20 мс), минимальное токопотребление (в настоящее время достигнуты значения 1„„-( 50 мА), практически полную герметичность в течение всего,. времени космического полета, исчисляемого годами.
Обеспечение надежности требует тщательной наземной обработки каждого узла и агрегата ЖРДМТ с максимально возможной имитацией реальных условий его работы, с глубоким анализом всех возникающих при отработке дефектов и замечаний, с разработкой иа основе этого анализа специальных конструкторско- технологических мероприятий и экспериментальным подтверждев пнем их эффективности. ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ гл А В А ХХ!Х.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 29Л. СОСТАВ РДТТ Характерной особенностью ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ) является размещение в камере сгорания всего запаса твердого топлива и отсутствие системы подачи. Примеры схем современных РДТТ приведены на рис. 29.! и 29.2. В составе летательного аппарата могут применяться как одиночные РДТТ, так и их связки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
