Жидкостные ракетные двигатели (стр. 4 )

Рис.13

Мероприятия, обеспечивающие изменение протекания дроссель­ной характеристики.

Рис.14

1.Изменение вида топлива, рис.14

2.Изменение площади среза сопла, рис. 15

Рис.15

4.2. Высотная характеристика

Высотная характеристика - зависимость тяги и удельного импульса от высоты полета при постоянном значении массового секундного расхода и не­изменном соотношении компонентов топлива.

Рис. 16

На рис. 16 представлена зависимость давления окружающей среды Рн от высоты Н.

На рис. 16 приведены зависимости тягии удельного импульса Iуд

от высоты полёта. Необходимо отметить, что при малых высотах полёта из-за сильного перерасширения газа наблюдается отрыв потока от стенок сопла, что учтено при построении высотной характеристики.

Рис.17

4.3. Режимы работы сопла

1)        Расчетный режим,  Ра = Рн, рис. 18а

2)        Режим недорасширения,   рис. 186.

Режим недорасширения наблюдается при полете летательного аппа­рата по траектории выше расчетной.

3)        Режим перерасширения,  Ра < Рн. рис. 18а.

Режим перерасширения наблюдается при полете летательного аппа-г-о-э по траектории ниже расчетной.

а)

б)

в)

Рис. 18

Влияние высотности сопла на протекание высотной характеристики

Высотность сопла определяется расчетным значением давления на срезе сопла Ра; чем меньше Ра, тем высотность сопла больше.

1)  Возьмём серию сопел для которых справедливо соотношение

, при условии

2)        Для сопла с относительной степенью расширения - F1 на рас­четной высоте - Н1 наблюдается расчетное значение тяги - - Ун,1, ко­
торое является для него максимальным, рис.19.

3)Рассмотрим сопло, у которого относительная степень расшире­ния  , причемТак как, то и

4)        Точки с экстремальными значениями тяг соединим кривой, ко­
торая будет являться высотной характеристикой всережимного со­
пла, рис.19

Рис.19 5. 

Общие сведения о ЖРД

5.1. Системы космических летательных аппаратов

Различают следующие типы космических летательных аппаратов: 1) Баллистические ракеты (Б. Р.). Обеспечивает доставку полезного груза к цели без вывода на орбиту.

Б. Р.

26

2) Ракетоносители (Р. Н.).

Обеспечивает доставку полезного груза к цели с выводом на орбиту.

Р. Н.

а) Последовательная схема.

б) Пакетная схема.

3) Многоразовые транспортные космические аппараты (МТКА). Назначение такое же, как у Р. Н.

МТКА

КА).

4) Межорбитальные транспортные космические аппараты (МоТ-

Обеспечивает вывод полезного груза на более высокие, чем Р. Н., космические орбиты.

МоТКА

5) Искусственные спутники земли (ИСЗ).

исз

6) Лунные космические аппараты (ЛКА), межпланетные космиче­ские аппараты (МпКА)..

ЛКА, МпКА

5.2. Классификация и схемы ЖРД

Одна из возможных классификаций ЖРД (по способу получения рабочего тела для турбины ТНА) представлена на рис.20.

Рис.20

Условные обозначения к рис.20:

ВСПК - вытеснительная система подачи компонентов, рис.21; 1-ЖРД с газогенератором, работающим на автономном топливе, рис.22; 2-ЖРД с газогенератором,  работающим на основных компонентах  топ­лива, рис.23;

3-ЖРД без газогенератора с газификацией охладителя в зарубашечном про­странстве, рис.24; 4-ЖРД с двумя газогенераторами, рис.25.

В зависимости от агрегатного состояния компонентов ( «Ж» - жидкость или «Г» - газ), поступающих в камеру сгорания, все конструктивные схемы ЖРДУ можно условно классифицировать на «Ж - Ж», «Ж - Г» или «Г - Г». Необходимо отметить, газификация компонента способствует улучшению энергетических показателей ЖРДУ.

В ЖРД с ВСПК, рис.21, рабочее тело (инертный газ) из газового акку­мулятора давления 1 через редукторы 2 направляется в баки окислителя и го­рючего 3. Далее окислитель поступает в смесительную головку 4 камеры, а горючее в зарубашечное пространство, образованное двойными стенками ка­меры ЖРД.

Основным преимуществом данной схемы является конструктивная простота (отсутствие ТНА). Однако, для ЖРД работающих по указанной схеме характерны сравнительно невысокие значения тяги и удельного импульса, что

29

Рис.21

Рис.22

определило ее применение в качестве двигателей ориентации. Кроме того, в связи с нагруженностью баков для компонентов избыточным давлением они выполняются толстостенными, что приводит к существенному ухудшения мас­совых характеристик ЖРДУ в целом.

В данной конструктивной схеме ЖРДУ, рис.22, в качестве рабочего тела приведения во вращение турбины 1 ТНА используется перекись водорода. поступающая в парогазогенератор 8 и разлагающаяся в нём под действи­ем катализатора перманганата калия К Mg04 с образованием парогаза при температуре 600 - 800К. Парогаз направляется на лопатки турбины, обеспечи­вая вращение насосов 2, 3, 4 и, следовательно, подачу компонентов в комеру сгорания ЖРД - 5. Генераторный газ из турбины выбрасывается через патрубок 6 а сопло 7 за пределы двигателя. В некоторых ЖРД, работающих по указан-ной схеме, генераторный газ использовался для создания управляющих усилий для ориентации ЛА в пространстве и для создания дополнительной тяги путём его введения в расширяющуюся часть сопла. Данная конструктивная схема ЖРДУ использовалась  до 70 годов двадцатого столетия.

Рис23

Особенностью данной конструктивной, рис.23, схемы является более эффективное использование генераторного газа, путём его подачи в смеситель-ную головку камеры через газовод 9. В зависимости от соотношения компо-нентов (величины коэффициента избытка окислителя - а), подаваемых в газо­генератор, он может быть окислительного или восстановительного типа. Дав-ление в полости турбины должно быть выше давления в смесительной головке на величину гидравлического сопротивления газовода.

Конструктивная схема ЖРД, представленная на рис.24, используется, когда в качестве одного из компонентов применяется жидкий водород, который проходя через систему последовательно расположенных насосов (снижение вероятности взрыва при резком повышении давления компонента), направляет-

Рис.24

ся в зарубашечное пространство камеры, образованное её двойными стенками, где газифицируется и в дальнейшем поступает на лопатки турбины, приводя во вращение насосы, а затем - через газовод в смесительную головку камеры.

Рис.25

В данной конструктивной схеме ЖРДУ. рис.25, оба компонента посту­пают в головку камеры в газообразном состоянии. При этом один из газогене­раторов относится к окислительному типу, другой - к восстановительному.

5.3. Общие сведения о жидкостных ракетных топливах (ЖРТ) Классификация ЖРТ

Успешное освоение космического пространства осуществляется в основном с помощью жидкостных ракетных двигательных установок (ЖРДУ). Жидкие ракетные топлива, по сравнению с твердыми (ТРТ) обеспечивают лучшие энергетические характеристики, возможность многократного включе-ния и выключения двигателя, а также оперативное изменение тяги при полете