Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Двигатели, использующие СРТ, работают по двум схемам (рис. 5.2) 1б01. Схема А— используется жидкий окне. Ак литель и твердое горючее, Ва (прямая схема). Схема Б-— используется жидкое горю- — 0кислитель Г~лгекее чее и твердый окислитель (обратная схема). Конструктивными особенностями обеих схем двигателей СРТ являются: а) изготовление камеры и сопла по типу двигателей твердого топлива (в камеру закладывается твердый компонент); б) системы подачи жидкого компонента по типу жидкостных однокомпонентных двигателей.
В соответствии с этими схемами двигателей можно разделять и топлива. Топливо А имеет жидкий окислитель и твердое горючее, топливо Б имеет жидкое горючее и твердый окислитель. Такое разделение весьма существенно влияет на конструктивные показатели двигателя и энергетические характеристики кумулятел Влекия Вкислитель Рис 5.2. Схемы двигателей, работа~огиих иа смешливых топливах 201 топлива. Наиболее существенно разница в схеме А и Б прояв- ляется в процессе горения топлива, этот вопрос будет рассмот- рен ниже более подробно. Независимо от типа схемы А или Б для СРТ в настоящее время четко определяется еще и разделе- ние на высокоэнергетические топлива и топлива на основе деше- вых компонентов массового производства, или так называемые «бросовые топлива» !40, бО). Для современных смешанных топ- лив можно четко сформулировать и технические требования.
Они делятся на три группы так же, как и технические требова- ния к обычным жидким ракетным топливам. 1. Энергетические требования. Топливо должно обеспечивать максимальные теплопроизводительность, удельный импульс тя- ги, массовый и объемный, обладать наибольшей плотностью, обеспечивать надежное самовоспламенение.
2. Требования, обеспечивающие охлаждение двигателя. Топ- ливо должно обеспечивать охлаждение двигателя хотя бы од- ним из компонентов. 3 Эксплуатационные свойства. Топливо должно обеспечи- вать стабильность, малую коррозионную активность, способ- ность к длительному хранению, относительную нетоксичность, производственную доступность и дешевизну. Смешанные высоко- энергетические топлива должны использоваться на ракетных ус- тановках дальнего действия н космического назначения.
Смешанные топлива на основе бросовых материалов должны использоваться в ракетах массового производства и ближнего действия, Преимущества и недостатки двигателей, используюгних СРТ, по мнению иностранных специалистов Преимущества 1. Высокий удельный импульс, массовый и объемный, особенно последний. Это объясняется подбором компонентов топлива. Увеличение удельного импульса тяги на единицу объема есть прямое следствие высокой плотности твердого компонента. 2. Многократность запуска двигателей со смешанным топливом. Запуск обеспечивается в данном случае самовоспламенением компонентов и подачей жидкого компонента в камеру.
По прекращении подачи жидкого компонента двигатель останавливается. Возобновляется подача — происходит запуск и возобновляется работа двигателя. В идеальном случае двигатель на смешанном топливе может иметь бесконечное число запусков !601. 3. Широкий диапазон регулировки тяги, В ряде случаев утверждается, что двигатель на смешанном топливе может иметь изменение тяги в пределах от 1/10 до 1/30.
Считается, что величина тяги в двигателе со смешанным топливом зависит только от количества подаваемого в камеру жидкого компонента, кото- 202 рый вступает в реакцию со вторым — твердым компонентом, находящемся в камере. В действительности в реальном рабочем процессе имеется достаточно условий, ограничивающих теоретические возможности. Например, из-за малых количеств, плохого распыливания и испарения жидкого компонента рабочий процесс может не организоваться и двигатель не будет давать тягу.
4 Расширение возможностей использования. Действительно, если все предыдущие условия выполняются, то двигатели на смешанном топливе могут получить применение в авиации как главные и вспомогательные двигатели в аппаратах дальнего и ближнего действия, в космических аппаратах как двигатели тяговыс, стабилизирующие и корректирующие. 5.
Почти неограниченный срок хранения или ограниченный только стабильностью компонентов. Компоненты смешанного ракетного топлива хранятся изолированно друг от друга. При хранении исключается окисление при низких температурах, что возможно в твердом ракетном топливе. Следовательно, хранение в данном случае определяется только временем стабильности с а м их компонентов. 6. Безопасность хранения и использования после длительного хранения для смешанных топлив неизмеримо выше, чем для любого ТРТ.
Образование трещин в процессе длительного хранения в твердом компоненте не вызывает неуправляемости горения и взрыва заряда после запуска. Количество вступающего в реакцшо твердого компонента определяется не его поверхностью горения, а количеством второго жидкого компонента, передаваемого в камеру. 7, В схеме А исключается или уменьшается возможность возникновения неустойчивых форм горения. Последнее утверждение ввиду.
небольшого числа экспериментов не получило еще широкой проверки и не имеет достаточно обоснованного объяснения. Недостатки 1. Недостаточность сведений (данных), определяющих возможности использования смешанных топлив по: а) конструктивным особенностям схем двигателя; б) характеру рабочего процесса двигателя; в) физико-химическим свойствам компонентов топлива; г) особенностям различных композиций топлива. 2. Трудности организации процесса горения в камере, и по схеме А и по схеме Б, при заданных значениях а и я. 3.
Значительное ухудшение тяговых характеристик двигателя происходит при регулировании тяги в пределах 1/5, а регулирование в пределах 1/10 и 1/30 160), вероятно, вообще невозможно. 203 4. Значительное снижение скорости реакции горения ряда композиций и при регулировке расхода. Как следствие этого условия — снижение КПД двигателя на смешанном топливе по сравнению с уКРТ.
Схема рабочего процесса в двигателях, использующих СРТ В настоящее время в двигателях смешанного топлива используется схема, представленная на рис. 5.3. В зоне ! находится окислитель в жидкофазном состоянии; в зоне 2 — пары окислителя; в зоне о — продукты окисления; на границах зон 8 и 5 располагается узкая активная зона реакций горения — 4; в зоне 5 — располагаются сублимированные пары и газы твердого компо- грг Рис. 5ги Схема горения твер- дого топтг~вз; Рнс, 5 3 Схема горения смс. шанных топлив: 1 †пот продуктов сгорг ~ив; активная зона — зава готе.я»г 3— свой сублимирующс~ося т плива О и à — окислител~ и горючее; !в область милкой Фазы окислителя, 2 †облас газоФазного окислителя 3 †облас пролтктов сгорание; 4 †активн зона — зона горения; 5 †па и ~езы тверлаго компонен. та: 6-слой сублньгируюыегося горючего 7 — тасрлыЙ компонент тои.
лиза 204 пента; в зоне б — плавящийся и разлагающийся слой твердого компонента и в зоне 7 — твердый компонент топлива. Предлагаемая схема рабочего процесса для принципиальных теоретических его представлений, вероятно, одинаково удовлетворяет схеме А и Б двигателя на смешанном топливе. Практическое выполнение рабочего процесса по этой схеме оказалось невозможным, так как для полного сгорания топлива требовалась очень большая длина камеры, в 5 — 10 раз превышающая современные нормативы [601.
Процессы сгорания в двигателе на смешанном топливе и в двигателе на твердом топливе существенно отличаются друг от друга. В двигателе ТРТ под действием высокой температуры камеры идет сублимация однокомпонентного топлива. Оба компонента — горючая связка и окислитель, поставленные в равные условия, испаряются и сублимируют вместе и могут вступать в реакцию над поверхностью твердого топлива. Схематически этот процесс показан на рис. 54 [б01. В центре идет поток паров окислителя. Твердое горючее ис- паряется, разлагается или сублимирует под действием высокой температуры зоны реакции, затем смешивается с паром газо фазного окислителя на некотором расстоянии от поверхности в объеме камеры.
Граница встречи газофазных компонентов — окислителя н горючего является зоной реакции. Образующиеся продукты реакции перемещаются в сторону сопла и при этом их количество увеличивается, в то же время, количество окислителя уменьшается и это условие приводит к смещению зоны реакции в сторону центра камеры.
Зона реакции в двигателе смешанного топлива имеет форму конуса, своей вершиной направленного в сопло (см. рис. 5.3). Отдаление зоны реакции от слоя твердого компонента, безусловно, ухудшает его сублимацию, а следовательно, нарушается и соотношение между компонентами, ухудшается весь процесс горения. Рассмотренная схема процесса горения смешанного топлива в двигателе с подачей окислителя со стороны днигца камеры, где легче и проще всего установить форсунки, явно неудовлетворительна. Для правильной организации рабочего процесса со смешанным топливом, по-видимому, нужны другие схемы размещения твердого компонента, другие его формы, может быть многоканальная шашка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
