Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 95
Текст из файла (страница 95)
421 39.3. Схемы ЖРД: камер двухтопливиых а — с двумя миннмеяьнмми сечениями; б — с двойным ресаирением 39.3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ТЕОРИИ И МОДЕЛИРОВАНИЯ Основой развития ЖРД является более глубокое изучение сложных рабочих процессов, происходящих в двигателе. Создание надежного форсированного и экономичного двигателя немыслимо без детального анализа и отработки основных про- 422 В двигателе с двумя ми- нимальными сечениями (рис.
м 39.3, а) одна из камер расположена внутри другой. На первом режиме работы сгорая ние компонентов происходит в обеих камерах (внешняя камера — топливо О, + С„Н„, внутренняя — О, + Н,). На втором режиме основной вклад в тягу обеспечивается внутренней камерой, а для формирования потока из внутренней камеры через второе минимальное сечение во внешней камере используют отбираемый из газогенератора обогащенный горючим (С„Н ) газ.
Кроме того, второй режим отличает возрастание эффективной степени расширения, причем достигается это без использования механических устройств типа подвижного соплового насадка. На рис. 39.3, б представлена схема камеры с двойным расширением; в отличие от предыдущего варианта внешняя камера (топливо О, + Нд) является кольцевой. Эта камера может функционировать (на втором режиме) независимо от внутренней и благодаря большой степени расширения обеспечивать высокий удельный импульс. В центральной камере (топливо О, + СиН ) можно создавать высокое давление (-40 МПа), что важно для повышения тяги на малых высотах полета.
Расчеты показывают, что при одновременном использовании двух топлив оптимальная тяга Р, „, обеспечиваемая топливом Ов + С„Н , составляет 0,75 и более, однако при увеличении Р, „ усложняется решение проблемы охлаждения ЖРД. Считают, что ЖРД с двумя параллельно работающими двигателями (каждый на своем топливе) является наиболее эффективным вариантом ' установки. Применение двухтопливных ЖРД позволяет получить более благоприятную (для идеальной скорости аппарата) зависимость lу (р,) (см.
гл. П1), уменьшить гравитационные потери благодаря большой начальной тяговооруженности и аэродинамические — вследствие повышенной плотности углеводородов и уменьшения объема бака с жидким водородом. пессоа. Постоянной тенденцией является все более точное и полное количественное описание явлений, происходящих в системе подачи, камере сгорания, сопле двигателя, более точный расчет динамики и процессов выхода двигателя на режим стационарной работы. Важнейшим вопросом является изучение природы неустойчивости горения в ЯРД и разработка методов исключения или ограничения этого явления.
Конечной целью разработки теории является доведение ее до состояния, позволяющего надежно определять характеристики любого процесса на стадии проектирования. При наличии все более полных и точных методов расчета основных процессов автоматизированное проектирование двигателей с использованием современной вычислительной техники позволит существенно сократить сроки и стоимость разработки ЖРД, повысить их надежность.
39.3.1. йчатематнческое моделирование и прикладное математическое обеспечение В теории ЖРД для математического моделирования характерны такие этапы: физическая схематизация процессов, т. е. разработка физической и математической моделей процесса, создание алгоритма и программы для ЭВМ— средства для численных исследований (численного эксперимента) с помощью ЭВМ. На основе математических моделей двигатели представляется возможность более точного согласования параметров двигателя с характеристиками ЛА.
Из-за недостаточной изученности рабочих процессов в агрегатах двигателя, сложности учета взаимного влияния процессов в различных агрегатах создание математической модели двигателя в целом является трудной проблемой. В то же время применительно к некоторым отдельным агрегатам двигателя удается достичь высокой точности моделирования. 39.3.2. Физическое моделирование Экспериментальная отработка пока еще, к сожалению, остается основным определяющим этапом создания надежного двигателя.
В связи с этим серьезное внимание уделяется разработке теории моделирования ЖРД, котораи позволяла бы по результатам испытания модельной камеры определить основные показатели натурной камеры. К этим показателям относят коэффициенты, харантеризующие степень совершенства рабочих процессов в камере сгорания и сопле (Ч н и чс), границы устойчивого горения, распределение плотности тепловых потоков и т. п. Наряду с моделированием большое внимание уделяется разработке способов надежного обобщения результатов исследований натурного двигателя.
целью этого является уменьшение количества испытаний, обоснованное определение таких, например, параметров, как эффективность процессов н надежность двигателя при малом числе испытаний. В последние воды развивается новое направление исследований — теория и практика диагностики ЖРД, его агрегатов и систем, Разрабатываются способы оценки и определения состояния, работоспособности агрегатов и систем ЖРД в процессе его работы по поддающимся измерениям свойствам продуктов сгорания. В качестве последних используются электрофизнческне параметры и параметры электромагнитного излучения, химический состав, излучение продуктов сгорания в оптическом н инфракрасном диапазоне длин волн и др.
На основе получаемой информации разрабатываются методы предупреждения аварийных состояний агрегатов двигателя н его систем, способы оценки надежности двигателяя, Г Л А В А ХС. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ РДТТ 40Л. ТОПЛИВА Разработка и внедрение новых твердых топлив остается одним из главных направлений совершенствования РДТТ. 3нергетнческие характеристики смесевых топлив могут быть повышены путем замены основных компонентов существующих топлив более эффективными, например, такими, как синтетические горючие, в которых металлические элементы химически связаны с другими элементами. Считают возможным замену основной металлической добавки — А! на более эффективную — бериллий.
Повышение доли окислителя до определенных пределов также должно способствовать повышению удельного импульса. Особую роль в последние годы приобретают экологические проблемы. Продукты сгорания современных смесевых ТРТ содержат опасный для человека и окружающей среды хлористый водород НС!. Содержание НС! в продуктах сгорания может быть исключено или значительно уменьшено заменой перхлората аммония (ПА) в составе ТРТ нитратами, нитроаминами или смесями этих окислителей с ПА. С целью обеспечения бездымности факела двигателей тактических ракет и космических аппаратов исследуются окислители, которые дают возможность получить сравнительно высокий удельный импульс без применения металлического горючего и добавок перхлоратных окислителей, Некоторые из возможных направлений разработок по топливам достаточно подробно рассмотрены в гл. ХХХ.
При повышении эффективности топлив путем увеличения удельного импульса и плотности топлив необходимо не только сохранить, но и улучшить физико-механическне свойства зарядов. В особенности это относится к повышению эластичности топлив, обеспечивающей их работоспособность при отрицательных температурах и в условиях повышенных деформаций корпусов двигателей, с которыми скрепляются заряды. 40,2, МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКТИВНОЕ СОВЕРШЕНСТВО Основным направлением улучшения массовых характеристик РДТТ является с о в е р ш е н с т в о в а н и е к о нструкции н применение новых материал о в.
При изготовлении корпусов и сопел стремятся применять материалы с большей удельной прочностью (отношение допустимого напряжения к плотности материала), более эффективные теплозащитные и эрозионностойкие покрытия, например угле- пластики и углеметаллопластики. 424 40Л. Схема двухкамерного регулиро- руемого РДТТ. 1 — заряд ТРТ, богатого горючим, 2 заряд ТРТ, богатого акислнтелем, 8 — ос- новное высокознергетическое топливо бу- стерной ступени: Š— воспламенитель ос. поеного заряда: 8 — васпламеннтель мно- горазового действия, 8 — нлапан сброса давления в газогенераторе: 7 — сопла уп- равляющих двигателей малой тяги, 8— раармвной диск; 9 — газовая форсунка 7 11 4 У б В большинстве случаев новые металлические материалы характеризуются улучшенными свойствами, полученными в результате применения новых технологических процессов, улучшения техники легирования и модификации структуры.
Изготавливают сварные корпуса намоткой из холоднокатаной стальной ленты. Большое значение придают улучшению свойств тугоплавких сплавов на основе ниобия, тантала, вольфрама, молибдена, ванадия и др. Ведутся работы над улучшением качеств волокнистых композиционных материалов. В качестве волокнистой (силовой) основы нашли применение стекло- и бороволокно, значительные успехи достигнуты в области угольных и графитовых волокон. В качестве связующей основы применяют обычно эпоксидные смолы. Основная часть проводимых работ по соплам направлена на уменьшение их стоимости путем использования материалов, имеющих более низкую стоимость, чем материалы на базе угольной ткани и фенольной смолы.
Рассматриваются материалы на базе асбестового и кварцевого волокна. Разработаны также композиции углерод — углерод, в которых в качестве связующих для углеродных волокон применяют углеродные графитизированные матрицы. Опыт разработки и эксплуатации различных РДТТ, опыт, на'- копленный при стендовых испытаниях больших двигателей, позволяет разрабатывать РДТТ с многократным использованием различных элементов их конструкции. Многократно используемые двигатели, как показывает опыт их применения для Спейс Шаттл, выдвигают еще более жесткие требования к материалам конструкции и теплозащитных покрыти й. Важной задачей совершенствования РДТТ и повышения их конкурентоспособности является р а с ш и р е н и е в о з м о жностей регулирования, прежде всего обеспечения многоразового запуска двигателя и изменения тяги в необходимом диапазоне.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
