Жидкостные ракетные двигатели (стр. 33 )

продукты сгорания, перепускаемые из камеры сгорания или са­жающейся части сопла.

Рис.103

Газодинамическая система управляющих моментов и сил

Изменение величины тяги отдельных камер многокамерного двигателя

Если изменить величину тяги жестко закрепленных диаметрально рас­положенных двигателей, входящих в состав двигательной установки, то можно создать управляющий момент относительно центра масс ракеты и обеспечить ее разворот в плоскостях тангажа и рыскания.

9.6. Система регулирования величины вектора тяги ЖРД

Величина тяги ЖРД определяется расходом топлива в камеру. Расход, а, следовательно, и тягу можно изменять варьируя:

а)        при вытеснительной подаче - давление в баках компонентов топли­
ва;

б)        при насосной подаче - частоту вращения вала ТНА;

в)        при вытеснительной и насосной подаче - регуляторами расхода, ус­
танавливаемыми на магистралях перед камерой (для вытеснительной подачи) и
управляемыми приводами.

Основными условиями обеспечения устойчивого и плавного горения при снижении тяги двигателя являются одновременное сохранение перепада давления на форсунках и давления продуктов сгорания в камере.

Условие поддержания постоянства перепада давления на форсунках при работе двигателя с изменяющейся тягой осуществляется варьированием: числа форсунок, через которые компоненты топлива впрыскива­ются в камеру сгорания; площади проходного сечения форсунки: плотности компонентов топлива (путем их насыщения газом); коэффициента соотношения компонентов топлива km.

Если различная величина тяги ЖРД с насосной системой подачи обес­печивается изменением частоты вращения насосов компонентов топлива, то турбина ТНА должна иметь систему, управляющую её мощностью. Нашли применение температурный, расходный и смешанный способы изменения мощности турбины ТНА.

Температурный способ применяется для двухкомпонентных ЖГТ; он
состоит в изменении температуры генераторного газа, подаваемого на турбину,
для чего на одной из магистралей питания газогенератора устанавливают регу­
лятор расхода с электро - или гидроприводом, позволяющим увеличивать или
уменьшать расход одного из компонентов в ЖГГ, а, следовательно, и коэффи­
циент соотношения km для газогенератора.        

Расходный способ состоит в изменении расхода газа через турбину при поддержании его постоянной температуры, что обеспечивается постанов­кой на подающих магистралях ЖГТ регуляторов расхода со специальными ста­билизаторами, поддерживающими неизменным величину km.

При смешанном способе изменения мощности турбины одновременно изменяются и турбина и расход газа, подаваемого в камеру.

9.7. Основные направления совершенствования ЖРД

1. Применение перспективных жидких ракетных топлив.

а) повышение плотности компонентов (жидкий кислород и водород в «шугообразном» состоянии; кислород и водород в состоянии, соответствую­щем их тройной точке; углеводородные горючие из отходов и побочных про­дуктов нефтехимического производства);

б) повышение энергетических характеристик теплив (использование топлив на основе фтора, металлосодержащих горючих, трехкомпонентных топлив).

2.        Разработка новых схем ЖРД и ДУ.

А) ЖРД с кольцевой камерой и соплом с центральным тел

б)        двухтопливные ЖРД (один окислитель и два горючих, последова­
тельно подаваемые в камеру ЖРД, например, « (О2)ж + керосин » и « (О2)ж +
(Н2)ж>>);

в)        ЖРД линейной конструкции, в которых камера и сопло имеют пря­
моугольное сечение.

3.        Уменьшение габаритных размеров.

А) переход на повышенные значения давления в камере;

б)        использование рациональных компоновок двигателя;

в)        усовершенствование конструкции агрегатов (использование камер с
центральным телом и т. д.).

4.        Снижение массы ДУ.

а)        использование конструкционных и композиционных материалов по­
вышенной прочности;

б)        использование передовых технологий производства;

в)        интенсификация методов охлаждения камеры сгорания.

Обеспечение простоты и удобства эксплуатации, снижение време­ни подготовительных работ при запуске. Повышение уровня надежности, ресурса и безопасности работы

ДУ.

а)        обеспечение эксплуатационной технологичности конструкции:

б)        резервирование работы наиболее ответственных агрегатов;

в)        испытание материалов, систем и агрегатов с имитацией эксплуата­
ционных условий;

в) использование перспективных стратегий технического обслужива­ния и ремонта.

7.        Снижение стоимости и времени конструкторско-технологической
стадии создания ДУ

а)        унификация основных узлов и агрегатов;

б)        разработка систем, обеспечивающих спуск нижних ступеней раке­
тоносителей.

Литература

Рабочие процессы в ЖРД. М: Высшая школа. 1990. 282 с. Жидкостные ракетные двигатели. М.: Машиностроение, 1968. 395 с. , Конструкция и проектирование ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1984, 273 с. , Системы питания и управления ЖРДУ. М.: 1988. 286 с. , Теория и расчёт агрегатов питания ЖРД. М.: Машиностроение, 1979, 343 с. Ракеты - носители / под ред. Осипова СО. М.: Воениздат, 1981, 314 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.        Принцип работы реактивного двигателя. Основные понятия и
определения        .........

Принцип создания реактивной силы         Классификация ракетных двигателей (РД)                4 Тяга ракетного двигателя                6 Мощностные параметры ракетных двигателей                8 Удельные параметры ракетных двигателей,                8

2.        Формула Циолковского и её практическое применение                10

Идеальная скорость и массовые характеристики ракеты                10 Относительные массовые характеристики субракет                11 Формула Циолковского                12

3.        Рабочий процесс в химических ракетных двигателях                13

Аэродинамический нагрев в полете                13 Реакции химически активных газов                15 Потери в химических ракетных двигателях                16 Скорость истечения газов из сопла ракетного двигателя                17 Оценка эффективности процессов в химических ракетных двигателях                19

4  Характеристики ракетного двигателя                20

Дроссельная характеристика ракетного двигателя                20 Высотная характеристика ракетного двигателя                23 Режимы работы сопла                24

4.4. Влияние высотности сопла на протекание высотной

характеристики                25

5.        Общие сведения о ЖРД                26

Системы космических летательных аппартов         Классификация и схемы ЖРД                29 Общие сведения о жидкостных ракетных топливах (ЖРТ). Классификация ЖРТ                33 Требования, предъявляемые к ЖРТ                37 Перспективные ЖРТ                41

6.        Основные конструктивные элементы камер ЖРД.
Топливные баки                45

Особенности условий работы и конструкции камеры ЖРД....        45 Особенности проведения прочностного расчета камер ЖРД...        49 Требования, предъявляемые к камерам ЖРД                50 Выбор материала для камер ЖРД                51 Формы камер ЖРД                52 Головки камер ЖРД и их конструкция                57 Конструктивные особенности выполнения систем охлаждения  камер сгорания                60 Потери в соплах ракетных двигателей                68 Схемы сопел ЖРД                69

6.10.        Кольцевые сопла                73

б.11. Требования, предъявляемые к распиливающему устройству

ЖРД                75

6.12. Типы топливных форсунок                78

6.13. Способы размещения топливных форсунок на плоских

головках камеры ЖРД                86

6.14. Назначение, схемы и конструктивные особенности

топливных баков                88

7.        Система охлаждения камер ЖРД                91

Физическая картина теплообмена в камере ЖРД                91 Распределение плотности теплового потока по длине

камеры ЖРД                93

7.3.        Классификация систем охлаждения ЖРД. Внешнее
охлаждение                94

7.3. Требования, предъявляемые к внешнему (наружному)

охлаждению                95

Внутреннее охлаждение                96 Система теплозащитных покрытий (ТЗП)                98

8.        Система подачи компонентов топлив                104

8.1.        Турбонасосная система (ТНС) подачи компонентов

топлива                104

Компоновочные схемы ТНА                104 Устройство центробежного насоса                106 Крыльчатки насосов                107 Уплотнения крыльчаток                109 Основные параметры насосов                109 Характеристики насосов        .                112 Кавитация                117 Предвключенные насосы        ,        121
Зависимость мощности и к. п.д. насоса от его объёмной производительности        '        122 Турбина ТНА        .        123 Классификация турбин                130 Основные параметры турбины                135 Требования, предъявляемые к газогенераторам                136 Классификация газогенераторов                137

9.        Системы управления ЖРД                145

Система запуска ЖРД                145 Параметры, влияющие на запуск ЖРД                148 Способы воспламенения горючих смесей                150 Остановка двигателя                159 Система управления направлением вектора тяги                160 Система регулирования величины вектора тяги ЖРД                166

9.7.        Основные направления совершенствования ЖРД                166

Литература                168

H. Л Ярославцев

ЖИДКОСТНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Под редакцией

Лицензия ЛР  20447 от 17.04.97