Учебные вопросы и распределение времени: 1 icon

Учебные вопросы и распределение времени: 1









Скачать 376.54 Kb.
НазваниеУчебные вопросы и распределение времени: 1
Размер376.54 Kb.
ТипДокументы




ЗАНЯТИЕ № 1: «Основные характеристики камеры и системы топливоподачи жидкостного ракетного двигателя»


Учебные вопросы и распределение времени:

1.

Конструкция камеры двигателя.

20

2.

Система подачи топлива жидкостной ракетной двигательной установки.

20

3.

Система наддува топливных баков.

25


1. Конструкция камеры двигателя.


1.1. Общие сведения.

Топливо ЖРД может быть двухкомпонентным и однокомпонентным (монотопливо). Камера ЖРД, работающая на двухкомпонентном топливе, содержит:

- камеру сгорания, в которой окислитель и горючее взаимодействуют друг с другом (сгорают) с образованием высокотемпературного газа, и

- реактивное сверхзвуковое сопло, в котором образовавшийся газ разгоняется до скорости, превышающей скорость звука.

Полное сгорание топлива достигается предварительным распылом и перемешиванием окислителя и горючего с помощью смесительной головки, снабженной форсунками. Температура газа в камере достигает нескольких тысяч градусов, и поэтому для целостности конструкции камеры в этих условиях необходимо непрерывное ее охлаждение. Оно может осуществляться, например, с помощью горючего, протекающего перед поступлением в смесительную головку по каналам в корпусе камеры. Такой способ охлаждения называется регенеративным.

Камера, работающая на двухкомпонентном топливе, и ее рабочий процесс представлены на рисунке 1.1.

Камера ЖРД, работающая на монотопливе, содержит так называемую камеру разложения, в которой жидкое топливо превращается в газ в присутствии катализатора. Им может быть либо жидкость, поступающая в камеру из отдельной емкости, либо твердое вещество, размещенное в самой камере.

Конструкции камер ЖРД весьма разнообразны и различаются принятой компоновкой, конструктивными формами отдельных элементов и их устройством, применяемыми материалами и способами изготовления.

Конструктивно камера состоит из двух узлов:

- смесительной головки и

- корпуса.

Головкой именуется часть камеры, представляющая собой устройство для ввода компонентов топлива или продуктов газогенерации в огневое пространство и первоначального их перемешивания между собой.

Корпус камеры — оболочка (в том числе многослойная), образующая стенку сопла и камеры сгорания без смесительной головки.

Совершенство конструкции камеры характеризуется ее компактностью и удельной массой: mк=m , кг/Н - отношением массы камеры m к ее тяге Р.

Задача получения высоких значений удельного импульса требует совершенствования процессов смесеобразования, горения и расширения. В лучших образцах современных ЖРД удельная масса камеры mк достигает значения порядка 0,001—0,0005 кг/Н. В результате накопленного опыта по созданию высокоэффективных современных двигателей сложились оптимальные формы их узлов. Так в основном применяются цилиндрические камеры сгорания. С такими камерами сгорания удачно компонуются круглые сопла, профилированные в продольном сечении в форме сопла Лаваля (рис. 1.2). Не нашли широкого применения камеры сгорания сфероидальной формы и конические сопла (рис. 1.3), ввиду трудности получения высоких параметров процесса.

Одним из исследуемых направлений развития конструктивных форм в целях сокращения габаритов мощных силовых установок является создание двигателей с кольцевыми камерами сгорания и кольцевыми соплами с центральным телом: штыревым или тарельчатыми. Для двигателей больших тяг (свыше 5000 кН) разрабатываются конструкции с секционной кольцевой камерой, где отдельные камеры-секции, имеющие в выходном сечении овальную форму, располагаются вокруг центрального тела и имеют общее сопло. Внутри центрального тела сопла может располагаться ТНА (турбонасосный агрегат) и емкости со вспомогательными рабочими телами.


1.2. Головки и устройства для смесеобразования.

Головка образует переднее днище камеры двигателя. Она имеет устройства для подвода топлива, его циркуляции по внутренним коммуникациям, связанным с системой охлаждения камеры и самой головки, для распределения топлива и подвода его к смесеобразующим элементам. В отдельных случаях головка имеет также воспламенители и антивибрационные устройства. Кроме того, в конструкцию головки входят крепежные элементы: для соединения с камерой сгорания, с подводящими и циркуляционными трубопроводами, с клапанными устройствами, с системой подвеса двигателя, с другими узлами силовой установки (ТНА, воспламенителями, ЖГГ и т. д.).

Основными требованиями к конструкции головки являются:

- обеспечение заданных условий смесеобразования и

- защиты стенок камеры от чрезмерного нагрева и прогара.

Эти задачи решаются:

- рациональным размещением на головке смесеобразующих элементов,

- выбором производительности и других характеристик отдельных их групп, и

- надлежащим охлаждением самой головки и прилегающей к ней части камеры сгорания.

Одновременно конструкция головки должна обладать достаточной жесткостью, несмотря на ослабление ее стенок большим количеством отверстий для ввода топлива в камеру сгорания.

Принципиально различными по конструкции являются головки двигателе:

- работающих по обычной схеме и

- работающие с дожиганием генераторного газа.

В первом случае головки по агрегатному состоянию топлива являются жидкофазными, во втором — жидкогазофазными или газофазными.

Жидкофазные смесительные головки.

Конструкция жидкофазных головок в первую очередь зависит от принятого способа подвода топлива к смесеобразующим элементам, в данном случае — форсункам. Условия обеспечения сохранения формы при неравномерном нагреве, определяют выбор силовой схемы головки.

Топливо к форсункам одного компонента в простейшем случае подводится из единой полости головки. Рядом специфических требований обусловливается многополостная (или многоканальная) схема подвода топлива к различным группам форсунок одного компонента.

При двухкомпонентном топливе и питании форсунок из общих полостей головка имеет три стенки:

- наружную,

-среднюю и

- внутреннюю, обращенную к камере сгорания.

Средняя и внутренняя стенки образуют форсуночное днище.

Две полости между стенками головки заполнены компонентами топлива. Обычно давления компонентов р1 и р2 примерно равны, и можно считать p12=pт. При давлении в камере сгорания рк и наружном давлении рн наружная стенка головки находится под действием перепада давлений pн= pт - pн, а форсуночное днище в целом — под действием pф.д= рт - рк. На расчетном режиме перепад давлений на форсунках pф = рт - рк обычно невелик и форсуночное днище нагружено сравнительно мало. На рабочем режиме внутренняя стенка заметно нагревается. Это приводит к возникновению в ней значительных температурных деформаций и снижению прочностных свойств материала.

Указанные факторы вызывают прогибы форсуночного днища и наружной стенки. Поэтому, кроме обеспечения достаточной жесткости, к головке предъявляется требование сохранения герметичности ее элементов при возможных деформациях. Расчет головки на прочность производится для так называемого режима опрессовки, когда рк = 0 (максимальный перепад давлений рф.д= рт ) и для расчетного режима, когда существенное влияние может оказать нагрев внутренней стенки.

Условия смесеобразования и жесткость днища зависят от формы стенки, обращенной к камере сгорания. Она может быть:

- плоской,

- шатровой и

- сферической.

Наиболее распространены плоские днища.

Плоское днище просто по конструкции и несложно в производстве. При цилиндрической камере сгорания плоское днище дает лучшую однородность полей скоростей и давлений и состава смеси компонентов по поперечному сечению камеры. Однако плоское днище обладает сравнительно небольшой жесткостью и прочностью. Поэтому используют ряд конструктивных мероприятий, направленных на повышение жесткости плоского днища и согласованных одновременно с требованиями улучшения смесеобразования, охлаждения днища и заданного распределения топлива по внутриголовочным коммуникациям.

При относительно небольшом диаметре камеры сгорания, порядка 0,3 м, возможно получить достаточно жесткую конструкцию днища с тонкими внутренней и средней стенками, изготовленными из листового материала, но с обязательным включением силовых связей между стенками. Это объясняется тем, что при часто расположенных жестких силовых связях между стенками днище работает как единое целое и несущая способность холодной средней стенки компенсирует податливость нагретой и имеющий при этом низкие механические характеристики внутренней стенки.

Главные отличия в конструкцию тонкостенных днищ вносит форма жестких связей. Связи располагаются как по периферии днища (периферийные связи), так и по всей его поверхности (внутренние связи). Они выполняются точечными и протяженными линейчатыми. В свою очередь линейчатые связи могут быть кольцевыми или радиальными относительно центра головки. Точечные связи используются на днищах с центробежными форсунками, а линейчатые при струйных форсунках.

Точечные связи в тонкостенных форсуночных днищах могут быть образованы выштамповками (рис. 1.4, а) или развальцовкой форсунок (рис. 1.4, б). По местам выштамповок в средней и внутренней стенках производится точечная сварка, а затем ставятся форсунки компонента, заполняющего полость Б. Форсунки компонента, находящегося в полости А, могут при достаточной толщине стенки ввинчиваться на резьбе, но чаще они крепятся развальцовкой. В конструкции, представленной на рис. 1.4, б, связь между стенками осуществляется через корпусы форсунок. Одинаковое расстояние между стенками обеспечивается упором в буртики на корпусе форсунки или в торцы калиброванных втулок. К качеству завальцовки предъявляются высокие требования, так как необходим надежный контакт по всей окружности развальцовываемого бурта.

Количество связей между стенками, как правило, определяется количеством форсунок одного из компонентов и в свою очередь зависит от условия размещения форсунок. Для наилучшего смешения компонентов желательно иметь максимально возможное число форсунок, однако, минимальное расстояние между ними ограничено размером выштамповок, условиями допустимого ослабления внутренней стенки отверстиями под форсунки и, наконец, размерами самих форсунок. В выполненных конструкциях при центробежных однокомпонентных форсунках шаг составляет 12—30 мм. Этим объясняется, что в ряде случаев в полость А (см. рис. 1.4, а, б) подается тот компонент, форсунок которого больше, чем у другого компонента. Ограничение количества центробежных форсунок на таких головках существенно отражается на возможностях получения большой расходонапряженности головки. При относительно малом диаметре камеры сгорания такие днища могут не иметь периферийной связи в виде наружного силового кольца; в них стенки днища непосредственно привариваются к стенкам камеры сгорания или коллектору, если он имеется (рис. 1.4, б). В тех случаях, когда требуется большая жесткость, стенки форсуночного днища привариваются к наружному силовому кольцу 5 (рис. 1.4, в).

Одним из недостатков рассмотренных конструкций головок с подобными днищами являются большие по объему полости компонентов А и Б, что увеличивает возможный импульс последействия и время переходных процессов при регулировании двигателя. Невозможно и регулирование расхода компонентов через отдельные группы форсунок при дросселировании двигателя. Последний недостаток устраняется постановкой в полостях А и Б дополнительных перегородок, разделяющих их на отдельные отсеки с раздельным и отключаемым подводом компонента к каждому из них.

Линейчатые связи в основном применяются кольцевые. Они позволяют концентрично расположить форсунки при раздельном подводе компонентов, дают возможность улучшить смесеобразование, подобрать оптимальные углы соударения струй топлива и, наконец, придать жесткость двустенной головке (рис. 1.5). Фигурные кольца с ребрами, образующие внутреннюю стенку головки 4, привариваются или припаиваются к элементам, образующим наружную стенку 5. При этом образуются кольцевые полости горючего и окислителя 1 и 2. Ввиду того, что кольца выполняются тонкостенными, условия защиты от перегрева благоприятны. Струйные форсунки крепятся к кольцам развальцовкой, подобно центробежным, или выполняются непосредственно в стенке кольца. Толщина колец в последнем случае определяется потребной длиной канала форсунки. Некоторые технологические преимущества при изготовлении форсунок на кольцах дает возможность обработки входных кромок каналов форсунок.

Струйные форсунки имеют относительно малые размеры и их минимальный шаг определяется при данном угле распыла расстоянием зоны соударения струй от поверхности головки, т. е. шириной колец. При струйных форсунках минимальный шаг доходит до 3 - 4 мм.

Обращенная к камере сгорания поверхность колец может образовывать гладкую плоскую внутреннюю стенку днища, но чаще применяются формы колец, показанные на рис. 1.5. Как видно, при этом легко обеспечивается перекрещивание струй форсунок с заданным углом их соударения, а также использование способа распыливания ударом о преграду, например, о ребро 3. Подвод компонентов к кольцевым полостям головки осуществляется через один или несколько патрубков, крепящихся к наружной стенке. Крепление таких головок к камере сгорания производится сваркой или на болтовых соединениях, если имеется соответствующий фланец на наружной стенке.

Ограниченная прочность тонкостенных форсуночных днищ может привести к их короблению, сопровождаемому нарушением условий смесеобразования при соударении струй топлива, а также к нарушению герметичности сварных или паяных швов и развальцовок. Поэтому, особенно при больших диаметрах камеры сгорания следует отдать предпочтение головкам с жесткими одностенными форсуночными днищами (Рис. 1.6, 1.7), в том числе литыми.

Одностенное форсуночное днище имеет внутри систему каналов для подвода одного из компонентов к форсункам. Другой компонент подводится из полости, заключенной между форсуночным днищем и наружной стенкой. Различают форсуночные днищ:

- с кольцевыми каналами,

- с радиальными каналами (Рис. 1.6) и

- радиальными каналами с форсуночными кольцами (Рис. 1.7).

Первый опыт применения литых днищ относится к двигателям с малой тягой, давлением в камере сгорания порядка 2 МПа и небольшой тепловой напряженностью головки, что позволяло применять днища из легких сплавов, например, из алюминия.

В литом днище 2 между кольцевыми каналами А и Б (Рис. 1.7) образуются массивные перемычки, благодаря чему оно обладает высокой жесткостью. К недостаткам такой конструкции относится трудность обеспечения одинаковой подачи топлива к группам форсунок, питающихся из одного канала. Струйные форсунки 4 выполняются в виде сверлений непосредственно в литом днище 2, а центробежные форсунки 3 ввинчиваются в днище. Головка может выполняться в представленной конструкции, съемной, что удобно для двигателей многократного применения, или привариваться к стенкам головки.

Радиальные каналы А в одностеночном форсуночном днище (Рис. 1.6), получаются обычно сверлением и развертыванием. Угол между соседними каналами составляет 5 - 10°. Оси форсунок того компонента, который подводится по радиальным каналам, лежат обычно на осях каналов, что ограничивает возможное количество форсунок данного компонента. Поэтому целесообразно подводить по радиальным каналам горючее, расход которого меньше, а форсунки окислителя выводить в полость между наружной стенкой и днищем осевыми каналами. Ввиду того, что шаг по дуге окружности между форсунками, расположенными по радиальным каналам, увеличивается к периферии, для более равномерного распределения смеси по объему камеры между основными радиальными каналами, проходящими до центральной части головки, выполняются дополнительные укороченные каналы, также радиальные, благодаря чему может быть увеличено количество форсунок горючего. На головках подобного типа чаще выполняются струйные форсунки.

Дополнительную жесткость головке придает массивный обод 6, который соединяется со стенками камеры сгорания. При стальном форсуночном днище применяется сварное соединение, а днище из алюминиевого сплава крепится к камере сгорания на болтах.

Для более надежного уплотнения применяются пазовые стыки, в которых зажимаются мягкие прокладки 1.

Преимуществом дисковых днищ с радиальными каналами является простота конструкции и достаточная жесткость, создаваемая их относительно большой толщиной. К недостаткам относятся ограниченная возможность варьировать размещением форсунок, необходимость высокой точности изготовления для обеспечения одинаковых гидравлических сопротивлений радиальных каналов и неблагоприятный тепловой режим головки, связанный с необходимостью отводить тепло от внутренней поверхности через толстую стенку.

От большинства указанных недостатков свободны конструкции днищ с радиальными каналами и форсуночными кольцами (рис. 1.8). Форсуночное днище 1 имеет массивный обод и относительно тонкий диск, усиленный радиальными ребрами, в которых проходят радиальные каналы 10. К диску со стороны камеры сгорания концентрично крепятся тонкие форсуночные кольца 4, каждые под один только компонент, а сами форсунки обычно струйные. Один из компонентов подводится в полости, образованные кольцами, из радиальных каналов 10, а второй по осевым каналам 2 — в полости, образованные другой группой колец.

Конструкция колец может быть различной в зависимости от принятого способа их крепления к диску: сваркой или пайкой, что более технологично. Предварительно кольца иногда завальцовываются материалом межкольцевых перемычек диска 11. Для упрощения технологии изготовления дисков они могут и не иметь межкольцевых перемычек 11.

Шатровые и сферические днища менее распространены, чем плоские. Они обладают по сравнению с плоскими большей поверхностью при том же диаметре камеры сгорания и более высокими прочностными свойствами при той же толщине. На большей площади таких головок удается разместить и большее количество форсунок, обеспечивая лучшее перемешивание. В центре головки удобно размещается воспламенительное устройство, которое вследствие специфики смесеобразования у неплоских головок лучше защищается от нагрева горячими газами. Недостаток сферических и шатровых головок, помимо сложности их изготовления, заключается в возможности скопления топлива в центре камеры.

Существуют также цилиндрические головки.

Применение цилиндрических головок является эффективным средством уменьшения диаметра камеры сгорания и обеспечения весьма высокой расходонапряженности головки. Цилиндрическая головка не имеет как такового форсуночного днища (рис. 1.9), характерного для рассмотренных ранее головок. Центральная часть головки представляет собой двухстеночный сферообразный купол. Один из компонентов топлива (окислитель) по центральному трубопроводу подается в полость 9 между наружной силовой стенкой 1 и тонкой внутренней стенкой 3, подкрепленной связями 2. По периферии центральной части головки в кольцевом уступе располагаются струйные форсунки окислителя 5 с большим диаметром факела распыла. Они подают окислитель в осевом направлении вдоль стенки камеры сгорания. Второй компонент (горючее) по трубопроводу 8 поступает в тороидальный кол лектор 6. В цилиндрической части головки выполнены также струйные форсунки 7 горючего в количестве, равном числу форсунок окислителя. Они впрыскивают горючее в радиальном направлении, обеспечивая соударение струй компонентов под углом в 90°. Такая головка весьма проста по конструкции, имеет большую жесткость и хорошо защищена от нагрева.

Для предотвращения возникновения тангенциальных колебаний газа в камере сгорания в некоторых конструкциях к внутренней стенке головки со стороны камеры сгорания крепятся антивибрационные устройства - радиальные ребра (рис. 1.10). Высота ребер определяется экспериментально. Ребра могут быть тонкостенными неохлаждаемыми или с внутренним охлаждением, как в показанной конструкции, где горючее подается в центральный стержень 1 и через отверстия 2 поступает вдоль полых ребер 8, имеющих перегородки 3. Из ребер горючее выводится через отверстия 4 в форсуночном днище головки в кольцевые каналы 7.

Жидкогазофазные и газофазные смесительные головки.

Жидкогазофазные головки применяются на двигателях, работающих с газификацией окислителя в полости головки или с дожиганием генераторного газа для привода турбины ТНА, обогащенного одним из компонентов. Газофазные головки используются для дожигания смеси генераторных газов, поступающих после турбин ТНА и обогащенных различными компонентами.

Особые трудности при создании таких головок вызывают организация их охлаждения, обеспечение заданной расходонапряженности и, наконец, выбор схемы смешения компонентов для достижения требуемой полноты сгорания. В то же время смешение компонентов топлива, когда, по крайней мере, один из них имеет высокую температуру и находится в газовой фазе, облегчает (или вообще не требует) организацию испарения и воспламенения, расширение фронта пламени и изменение состава смеси в различных зонах головки.

Наиболее просто ряд указанных проблем решается в жидкогазофазных головках двигателей, работающих по схеме полной газификации окислителя (наиболее часто — перекиси водорода). Особенно целесообразна такая схема, когда турбина ТНА работает на парогазе, образующемся в однокомпонентном газогенераторе, и возможна утилизация рабочего тела дожиганием в основной камере сгорания (рис. 1.11). Головка имеет жесткое наружное днище с патрубком 2 подвода парогаза от турбины ТНА н вмонтированной камерой катализатора 1. В камере катализатора газифицируется та часть окислителя, которая осталась после отбора в газогенератор для нужд привода турбины. Таким образом, весь окислитель в газообразном состоянии вводится в камеру сгорания через перфорированное сферической формы внутреннее днище смесительной головки, на котором окна 4 располагаются в порядке, обеспечивающем равномерное смешение с конической струей горючего, подаваемого в камеру сгорания грибовидной саморегулирующейся форсункой 8. При такой схеме затруднительно обеспечить высокое качество смешения разнофазных компонентов топлива. Неохлаждаемое внутреннее днище не допускает использования газа с высокой температурой из-за возможного перегрева.

От этих недостатков свободна головка, имеющая внутреннее днище с распределенными по его поверхности форсунками жидкого компонента (рис. 1.12).

Головка имеет наружное днище 1, камеру катализатора 2 с пакетом сеток 3, газораспределительную решетку 4 и внутреннее форсуночное днище 6. Окислитель подается в камеру катализатора по трубке 5. Газораспределительная решетка обеспечивает необходимое распределение расхода газа по площади смесительной головки и повышение устойчивости рабочего процесса в камере сгорания. Газ в камеру сгорания подается через круглые окна 16. Жидкий компонент через патрубок 17 по системе радиальных каналов 15 подается к форсункам 11. .Могут применяться как центробежные, так и более простые струнные форсунки. Форсуночное днище достаточно хорошо охлаждается жидким компонентом.

Конструкции жидкогазофазных головок двигателей с дожиганием генераторного газа принципиально аналогичны рассмотренным дадьше.

Газофазные смесительные головки камер двигателей с дожиганием полностью газифицированного топлива в настоящее время не нашли еще широкого применения. Общие принципы их конструирования в основном совпадают с применяемыми при создании жидкогазофазных головок, в частности, по компоновке камеры и ТНА. по конструкции газоводов, газовых полостей головки, системы охлаждения головки. Главные отличия связаны с конструкцией смесительных элементов. Возможно применение смесительных элементов радиального типа, решетчатых или цилиндрических. Их конструктивное исполнение и соотношение площадей смесительных элементов и поперечного сечения головки на входе в камеру- сгорания могут отличаться от применяемых для жидкогазофазных головок, ввиду меньшей массовой плотности подводимого к смесительным элементам газа, чем жидкого компонента. Сложно также организовать подвод к смесителю генераторного газа из газовой полости головки или непосредственно из газовода от соответствующего ТНА.

Форсунки.

Форсунки как элементы смесительных головок представляют собой устройства для ввода компонентов топлива или продуктов газогенерации в огневое пространство камеры.

Струйные форсунки (рис. 1.13. а) представляют собой сверления в теле головки или специальных втулках. Диаметр форсунок в выполненных конструкциях лежит в пределах 0,5 - 3,0 мм. Выполнение отверстий диаметром меньше 0,5 мм, представляет определенные технологические трудности. Широкое применение находят струйные форсунки с пересекающимися струями. Выбором формы колец и направления осей форсунок можно добиться попарного пересечения струй одного компонента или пересечения струй обоих компонентов, когда в зависимости от соотношения расходов компонентов со струей окислителя смешиваются несколько струй горючего.

Из опыта известно, что наивыгоднейшим соотношением геометрических размеров струйной форсунки является отношение длины форсунки L к диаметру отверстия d, лежащее в пределах 2 < L/d < 3. На выходной кромке форсунки для уменьшения отрыва струи и повышения коэффициента расхода выполняется фаска. Глубина фаски порядка 1 - 2 мм, угол фаски 10 - 15°. Отверстие форсунки может быть ступенчатым или коническим с отношением диаметров на входе в форсунку и на выходе из нее, равным 1,5 - 2,0.

Наибольшие технологические трудности при изготовлении струйных форсунок непосредственно в теле головки, особенно при относительно большой длине канала, представляет изготовление отверстий с высокой потребной точностью диаметра и взаимного расположения осей. Наиболее распространены способы изготовления отверстий сверловкой специальными сверлами по кондуктору и электроискровой. В последнем случае электрод выполняется в виде набора стержней диаметра, равного диаметру требуемых отверстий, закрепленных на общей колодке. За один проход прошиваются все форсунки, и требуемая высокая точность взаимного расположения форсунок обеспечивается без применения кондуктора. Однако этот способ не применим для изготовления отверстий форсунок с пересекающимися струями на кольцах форсуночной головки.

На качество распыливания оказывает существенное влияние чистота поверхности отверстия форсунки. В случае применения химически активных компонентов топлива материал форсунки (а в ряде случаев это - непосредственно материал стенки головки) должен обладать высокой сопротивляемостью окислению и коррозии, а также высокой прочностью при действии высоких температур. При этом должно гарантироваться отсутствие плавления сопел.

Щелевые форсунки (рис. 1.13, б), являющиеся разновидностью струйных, представляют собой концентрические щели в головке. Отдельные щели могут располагаться с наклоном к оси головки для обеспечения соударения струй компонентов. Ширина щели выполняется такой, чтобы получить площадь щелевой форсунки, соответствующую потребному расходу компонента. При большом диаметре потребная ширина щели столь мала, что становится технологически весьма трудным ее изготовление и возникает большая опасность засорения. Поэтому щелевые форсунки находят применение чаще в двигателях малых тяг, где возможна постановка одной двухкомпонентной щелевой форсунки в центре головки. В этом случае щелевая форсунка может иметь преимущества перед другими типами форсунок, так как сравнительно легко осуществить регулирование площади щели для изменения подачи топлива в процессе дросселирования двигателя.

Горючее и окислитель (рис.1.14) подаются в камеру через две концентрические кольцевые щели, образующиеся между неподвижными наружными и внутренним конусами 3 и 7 и подвижным конусом 4, связанным с поршнем сервомотора 8. Поршень 8 заключен в цилиндре и на него с одной стороны действует пружина 2, а с другой - сила давления жидкости, поступающей из гидравлической системы регулирования площади щелей форсунки. Под действием пружины и переменной силы давления жидкости поршень 8 и связанный с ним подвижный конус 4 занимают во время работы двигателя соответствующие положения, изменяя проходные сечения щелей в соответствии с заданным законом регулирования тяги.

Существуют также центробежные форсунки, которые конструктивно выполняются одноступенчатыми, двухступенчатыми, двухсопловыми и эмульсионными.


1.3 Корпусы камер и тракты охлаждения.

Корпуса камер выполняются одностенными и двухстенными, но могут быть и смешанной конструкции, состоящей из одностенных и двухстенных секций. Эти различия определяются принятой схемой охлаждения или тепловой защиты камеры.

Простейшими являются одностенные корпусы камер. При малой продолжительности работы и не высоком тепловом режиме иногда представляется возможным обойтись без тепловой зашиты корпуса, используя принцип емкостного охлаждения, когда материал стенки и ее масса позволяют аккумулировать достаточное количество тепла. Однако подобные конструкции применяются крайне редко. Чаще в неохлаждаемых одностенных конструкциях расширяющуюся часть сопла или ее концевой участок собирают из секций. Секции выполняют из жаропрочных материалов (молибдена, ниобия) с антиокислительными покрытиями, например, силиконовыми и охлаждаются излучением. Подобное радиационное охлаждение может также использоваться и при одностенной конструкции камеры сгорания в рулевых, корректирующих и вспомогательных ЖРД малых тяг.

Наиболее широко применяются одностенные конструкции с внутренним теплоизоляционным покрытием, как камеры сгорания, так и сопла. Покрытия выполняются из тугоплавких материалов или материалов с малой теплопроводностью. При этом стенка сохраняет относительно низкую температуру и ее несущая способность не понижается резко к концу работы двигателя. Применение теплоизолирующих покрытий в некоторых случаях, например, при кратковременной работе двигателя с невысокой температурой в камере сгорания, может дать экономию в массе по сравнению с системой наружного охлаждения до 25-30%. Особенно целесообразно применение покрытий для одностенных секций расширяющейся части сопла, где стенка не песет значительной нагрузки от сил давления газов. Такие неохлаждаемые приставки выполняются из легких сплавов на основе алюминия или титана, а также из меди.

В двигателях космических объектов, например, взлетной ступени лунной кабины корабля «Аполлон», используется абляционное охлаждение корпуса камеры с помощью выгорающих покрытий из материалов на углеродной основе. Покрытия при достаточной их толщине могут обеспечить длительность работы до 1000 с. Длительность работы при наличии выгорающих покрытий иногда лимитируется значительным изменением формы камеры сгорания и сопла, особенно, если покрытие отслаивается или выкрашивается.

Выгорающее покрытие может не наноситься при изготовлении камеры, а образовываться в процессе работы двигателя. Например, если корпус выполнен из стекловолокна, пропитанного фенольными или эпоксидными смолами, связующие вещества стеклопластика при нагреве, выгорая, обугливаются, образуя на обращенной к камере сгорания стороне стенки покрытие, плохо проводящее тепло и обеспечивающее сохранность механических свойств в невыгоревших слоях. Такие стенки изготовляются из стекловолокна с ненаправленным расположением волокон или из узкой ленты с направленным расположением волокон, которая в процессе намотки укладывается ребром к оси камеры, В последнем случае корпус под действием газовой нагрузки обладает лучшими механическими свойствами.

Двигатели сравнительно малых тяг могут размещаться непосредственно в баках одного или обоих компонентов топлива, если размеры летательного аппарата позволяют разместить баки вокруг камеры.

В конструкции, показанной на рис. 1.15, камера сгорания и входная часть сопла размещены в баке горючего. Для направленного движения охладителя камера отделена от бака тонкостенным не силовым кожухом 3. Стенка 4 камеры сгорания может быть практически разгружена от действия сил давления газов, когда применяется, как в рассматриваемой конструкции, баллонная подача топлива.

В отдельных случаях применяется проточное охлаждение одностенного корпуса. Тогда стенка должна быть относительно большой толщины, позволяющей выполнить в .ней внутренние сверления, играющие роль каналов для протока охладителя. Обычно количество этих каналов невелико. Для облегчения камера может выполняться из алюминиевого сплава. Недостатком такой конструкции является трудность изготовления каналов внутри стенки на сужающейся и расширяющейся частях сопла. При этом требуется либо большая толщина стенки для возможности сверления наклонного относительно оси камеры длинного канала, либо изготовление сопла из отдельных коротких отсеков. При такой конструкции обычно используется принцип регенеративного охлаждения.

Еще не нашли широкого применения конструкции одностенных корпусов с завесным, транспирационным и автономным охлаждением. Простейшим способом завесное охлаждение реализуется подводом компонента топлива (чаще - горючего) к нескольким кольцевым распределителям, из которых оно впрыскивается через ряд небольших отверстий вдоль поверхности стенки камеры. Ограниченное количество поясов подвода жидкости для образования пленки не позволяет надежно защитить корпус от перегрева. Более рациональна конструкция с многопоясным подводом жидкости, что требует отказа от применения коллекторов. Вариантом решения может быть применение устанавливаемых вплотную друг к другу шайб из огнеупорного материала, например пиролитического графита, на торцах которых выполнены канавки А для ввода жидкости внутрь камеры (рис. 1.16, в). Канавки могут быть радиальными или тангенциальными, как показано на рисунке. Подводится жидкость к канавкам по системе осевых каналов В. Наружная поверхность шайб может непосредственно контактировать с корпусом или через промежуточный слой теплоизоляции.

Транспирационное охлаждение через пористую стенку требует применения искусственных материалов с равномерным распределением пор по поверхности, обладающих к тому же достаточной прочностью и жаростойкостью.

Отдельно можно выделить корпусы с поглощающими гильзами, которые имеют автономное завесное или транспирационное охлаждение. В первом случае (рис. 1.16, а) поглощающая гильза 3, предназначенная для демпфирования колебаний давления в камере сгорания, представляет собой цилиндр с отверстиями, сообщающий внутренний объем камеры сгорания с резонансной полостью 6, образованной зазором между гильзой и стенкой корпуса 1. Гильза охлаждается водой, поступающей через патрубок 7 и через систему спиральных каналов 9Г окружающих медное сопло 8, и проходящей к щелевым осевым каналам 2 гильзы; отводится вода через патрубок 5.


Горючее, поступающее в зазор между стенками 11 и 13 гильзы, выпотевает через большие поры стенки 11.

Двухстенные конструкции корпусов применяются обычно в тех случаях, когда камеры имеют регенеративное охлаждение или комбинированное - с применением участков с завесным или транспирационным охлаждением. Они отличаются типами связей между стенками и формами каналов для наружного или внутреннего охлаждения. Двухстенные камеры могут быть совсем без силовых связей между стенками на участке между головкой и соплом или с редко расположенными и часто расположенными связями.

Двухстенные камеры без промежуточных связей могут выполняться при малых диаметрах камеры сгорания, а также при низких давлениях в камере и температуре внутренней стенки порядка 500—700 К. При таких температурах внутренняя стенка толщиной 2 - 5 мм обладает достаточной жесткостью и способна без потери устойчивости выдержать нагрузку от сил давления жидкости и газов. Наружная стенка, находящаяся в еще более благоприятных температурных условиях, также способна воспринять нагрузку от сил давления охлаждающей жидкости.

Внутренняя и наружная стенки в таких конструкциях связываются между собой через головки и вблизи обреза сопла, а иногда дополнительно у конца камеры сгорания. Вследствие разницы температур внутренней и наружной стенок их удлинения в рабочем состоянии различны. Для разгрузки внутренней стенки от температурных напряжений, вызываемых разностью продольных температурных деформаций, на наружной стенке может выполняться гофровый компенсатор или использоваться податливость кольцевых коллекторов для подвода охладителя.

В рабочем состоянии различны и радиальные деформации стенок камеры; вследствие этого возможно уменьшение зазора между стенками и ухудшение условий охлаждения. Минимальный зазор обеспечивается приваренными к одной из стенок прутками или высотой ребер.

Применение конструкции без связи между стенками, технологически весьма простой, возможно для камер сгорания двигателей с небольшой тягой или для вспомогательных двигателей и при давлении в камере до 2 мПа. Развитие ЖРД, сопровождаемое увеличением диаметра камер, температуры горения и давления, вынудило перейти к конструкциям сначала с редко расположенными, а затем и с часто расположенными связями.

Редко расположенные связи выполняются в виде жестких колец, связывающих стенки, что способствует уменьшению их деформации. Кроме того, вблизи колец внутренняя и наружная стенки работают совместно, что повышает общую несущую способность камеры. На участках между связями для разгрузки от температурных напряжений, которые возникают от разности продольных деформаций стенок, размещаются кольцевые компенсаторы, которые одновременно служат дополнительными ребрами жесткости.

Такого типа конструкции применимы при толщине стенок порядка 5 мм и более, сравнительно низкой температуре стенок и давлении в камере порядка 50 мПа. В массовом отношении конструкции с редко расположенными связями невыгодны.

Наиболее легкими и надежными являются конструкции с часто расположенными связями, находящимися столь близко друг от друга, что действие избыточного давления охлаждающей жидкости не вызывает сколько-нибудь заметных местных прогибов стенки, а работоспособность камеры определяется только несущей способностью под действием сил давления газов и осевой силы. Стенки связываются между собой сваркой или пайкой.

При сварном соединении на наружной стенке выполняются точечные или сплошные выштамповки (Рис. 1.17). Точечные выштамповки могут быть круглые или овальные с большой осью, направленной вдоль образующей камеры. Точечная сварка производится в местах выштамповок. Однако выштамповки при большой толщине стенок загромождают охлаждающий тракт и не позволяют расположить связи достаточно часто.

Простейшими являются конструкции с припайкой ребер (выполненных заодно с одной из стенок, по преимуществу с внутренней, см. рис. 1.18, а) к другой стенке.

Ребра на внутренней стенке получают механической обработкой. Они могут иметь переменный шаг по сечениям камеры и сопла и располагаться вдоль образующей или по винтовой линии. Для простоты ребра выполняются прямоугольного профиля; толщина их должна быть наименьшей допустимой технологическими возможностями. Для уменьшения загромождения охлаждающего тракта и снижения массы камеры ребра могут образовываться тонкостенными штампованными профилями - гофрами 3 (рис. 1.18, б), который затем обычно припаивается к обеим стенкам 1 и 4. Трудности создания подобных паяных конструкций, где шов находится внутри охлаждающей полости, состоят в необходимости обеспечить гладкую поверхность шва и предотвратить затекание припоя в каналы рубашки. От этого технологического недостатка свободны паяные трубчатые конструкции, у которых шов находится снаружи каналов охлаждения.

Трубчатые камеры (рис. 1.19) выполняются из отдельных тонкостенных трубок, уложенных вдоль образующей камеры, а иногда по винтовой линии. Трубки (рис. 1.20) имеют прямоугольное, овальное или U-образное сечение. На нецилиндрической части камеры сгорания и сопла трубки имеют переменную площадь поперечного сечения. При относительно малых степенях расширения сопла и камера сгорания и сопло могут быть образованы из одного и того же количества трубок. Их количество выбирается таким, чтобы каждая трубка занимала дугу с центральным углом 0,75—1,25°. При больших степеням расширения сопла при таком угловом шаге на срезе сопла трубки должны быть сильно сплющены, что технологически затруднительно. Поэтому в таких случаях применяют составные конструкции, когда часть трубок проходит вдоль всей образующей камеры сгорания и сопла (трубки 1), а между ними на расширяющейся части сопла ставится по одной или по две укороченных трубки. Иногда, например, в конструкции, подобной показанной на рис.16, применяется система охлаждения, при которой по одной из двух соседних трубок охлаждающая жидкость течет от головки к соплу, а по другой - в обратном направлении.

1. 4 Пусковые устройства.

Для запуска двигателя на несамовоспламеняющихся компонентах используется:

- химическое,

- пиротехническое и

- электроискровое зажигание.

При химическом зажигании несамовоспламеняющихся компонентов используются основные топливоподающие устройства, к которым в период запуска подключаются трубопроводы от пусковой топливной системы, заполненной самовоспламеняющимися компонентами. После образования в камере мощного горящего факела пусковая система отключается.

Пиротехническое зажигание осуществляется с помощью пиропатронов. Пиропатроны могут монтироваться в головке камеры, являясь ее конструктивным элементом, но чаще они располагаются на специальной державке, вводимой внутрь камеры со стороны сопла. В этом случае не накладывается никаких ограничений на размеры и конструкцию воспламенителей. После воспламенения основных компонентов зажигательное устройство выбрасывается потоком газов из камеры или остается на пусковом столе.

Некоторые особенности в конструкцию головки вносят электрические пусковые устройства, которые размешаются обычно в середине головки. Такие устройства представляют собой свечи-форсунки и воспламенители.

В свече-форсунке через разряд между кольцевыми электродами продувается хорошо воспламеняющееся горючее, например, бензин или смесь горючего с кислородом.

Воспламенительное устройство (рис. 1.21) включает в себя корпус 4. образующий небольшую камеру сгорания, в которой размещаются форсунки компонентов и свеча 7. На линиях подачи горючего 3 и окислителя 5 устанавливаются пусковые и отсечные клапаны 6, Для выработки сигнала на отсечку воспламенителя может устанавливаться датчик воспламенителя 8.

Основные трудности создания электрических пусковых устройств вызываются сравнительно малой тепловой мощностью электрического разряда. Для создания искры большой мощности используются полупроводниковые свечи, состоящие из двух концентричных электродов, изолятор между которыми покрыт слоем полупроводника. При подаче напряжения на электроды в полупроводнике возникает ток и происходит прогрев полупроводника. При его достаточно высокой температуре создаются условия для ионизации топливной смеси около электродов и между ними возникает сильный искровой разряд. Периодичность разряда порядка 1 мкс.

Для предохранения запального устройства от горячих газов требуется защита его путем создания топливной завесы, когда пусковое устройство отключено. Для организации устойчивого очага пламени в течение всего времени работы двигателя и облегчения одновременно условий охлаждения применяются невыключаемые воспламенители.


2. Система подачи топлива жидкостной ракетной

двигательной установки.


В зависимости от температуры и природы подаваемого в баки газа условно выделяют два типа систем вытеснительной подачи:

- на холодном и - горячем газе.

2.1. Вытеснительная система подачи топлива.

2.1.1. Вытеснительная система подачи топлива на холодном газе.

Холодным называется газ, температура которого при подаче в бак близка к температуре компонентов. Различают два вида систем ВПТ на холодном газе:

- газобаллонную и

- испарительную.

В случае газобаллонной системы ВПТ газ вытеснения хранится в баллонах под давлением, значительно превышающим требуемое давление в баках. Перед подачей в бак давление газа снижается до рабочего. В зависимости от метода снижения давления газа газобаллонные системы ВПТ делятся на

- редукторные и

- с прямым расширением.

На рис. 2.1 приведена типичная схема двигательной установки с системой ВПТ редукторного типа. В таких системах в качестве агрегата, обеспечивающего снижение давления газа, используется редуктор давления.

В системах с прямым расширением газа регулирующий элемента линии газа вытеснения выполнен в виде дроссельной шайбы или вообще отсутствует. Ставя дроссельную шайбу с большим или меньшим проходным сечением, можно существенно менять гидравлическое сопротивление магистрали, что соответственно изменит расход газа. При отсутствии регулирующего элемента весь необходимый запас газа располагается в свободном объеме бака, который называют подушкой. В системах ВПТ прямого расширения давление в баке и соответственно тяга двигателя непрерывно уменьшаются.

Закон изменения тяги определяется объемом газовой подушки и давлением в баке. В испарительных системах газообразное рабочее тело получают испарением жидкостей, обладающих при заданной температуре давлением насыщенных паров, равным или превышающим давление подачи. Постоянное давление наддува в такой системе поддерживается стабилизацией температуры нагрева испаряемого вещества. В некоторых случаях вытеснение компонентов топлива производится под действием насыщенных паров самого компонента.

2.1.2. Вытеснительная система подачи топлива на горячем газе.

В качестве источников горячего газа для вытеснительной подачи используют два типа газогенераторов:

- на твердом (ТГГ) и

- жидком (ЖГГ) топливах.

Рабочее тело можно получать в тракте охлаждения.

Для ТГГ используются медленно горящие твердые топлива или специальные пиротехнические составы, продукты горения или разложения которых поступают в топливные баки.

Работа ЖГГ основана на получении газа путем химической реакции между жидкими окислителем и горючим или реакции разложения одного компонента. В первом случае газогенератор называют двухкомпонентным, во втором — однокомпонентным.

Пример схемы двигательной установки с двухкомпонентным газогенератором показан на рис. 2.2. Подача топлива в газогенератор осуществляется из отдельных баков с помощью баллонной системы.

Температура генераторного газа ограничена жаропрочностью элементов конструкции, на которое он воздействует. Чтобы не превысить допустимой температуры, необходимо в двухкомпонентных ЖГГ осуществлять горение при подаче одного из компонентов топлива с большим избытком.

Если избыточным является горючее - вырабатывается восстановительный газ. Если в избытке окислитель - окислительный газ.

При вытеснительной подаче двухкомпонентного топлива необходимы или два газогенератора:

- восстановительный - для наддува бака горючего и

- окислительный - для бака окислителя,

или комбинация газогенератора и теплообменника-испарителя для получения вытесняющего газа.

Одним из видов вытеснительной системы подачи топлива является так называемая химическая система вытеснения. Газ вытеснения получается в результате контролируемой реакции между компонентом топлива, находящимся в баке, и впрыскиваемым реагентом. В частности, при самовоспламеняющихся компонентах в бак горючего может подаваться окислитель, а в бак окислителя - горючее.


2.2. НАСОСНАЯ СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА.

Насосная система подачи топлива наиболее распространена в ЖРД.

Характерным для двигателей с насосной подачей топлива является наличие турбонасосного агрегата (ТНА), представляющего собой единую компоновку турбины и насосов.

В большинстве случаев рабочее тело для питания турбины получают в жидкостных (одно- или двухкомпонентных) газогенераторах, иногда — в твердотопливных газогенераторах.

Находят применение двигатели, выполненные по схемам:

- с дожиганием и

- без дожигания генераторного газа.

В двигателях без дожигания генераторного газа (рис. 2.3 и 2.4) последний после срабатывания на турбине выбрасывается в окружающую среду через вспомогательные сопла, иногда являющиеся рулевыми.

В рассматриваемом случае для получения генераторного газа необходим запас вспомогательного либо дополнительный запас основного топлива. Вследствие относительно низкой температуры генераторного газа и малой степени его расширения во вспомогательных соплах использование указанного запаса топлива для создания тяги оказывается малоэффективным. Поэтому для ЖРД с насосной подачей топлива без дожигания характерно некоторое снижение экономичности в связи с затратами рабочего тела на привод ТНА.

На рис. 2.3 и 2.4 приведены примеры принципиальных пневмогидравлических схем двигательных установок без дожигания генераторного газа. Эти схемы отличаются способом подачи топлива в ЖГГ.

В двигателях с дожиганием генераторного газа в основной камере (см. рис. 2.5) генераторный газ, пройдя через турбину ТНА, по газоводу направляется в камеру сгорания. В газогенератор поступает обычно весь расход одного из компонентов и часть расхода другого для получения либо восстановительного, либо окислительного газа. Оставшаяся часть второго компонента в жидкой фазе поступает в камеру сгорания, где и проходит дожигание. В отличие от двигателя без дожигания, где оба компонента подаются в камеру сгорания в жидком состоянии (схема организации рабочего процесса в камере типа «жидкость-жидкость»), в ЖРД с дожиганием камера сгорания работает на газе и жидкости (схема «газ - жидкость»). Схема с дожиганием генераторного газа в основной камере сгорания энергетически более выгодна, чем схема без дожигания по той причине, что в ЖРД с дожиганием все топливо используется при оптимальном для двигателя соотношении компонентов и высокой степени расширения.

В мощных кислородно-водородных ЖРД для получения оптимальных частот вращения насосов горючего и окислителя (компоненты существенно различаются по плотности) могут предусматриваться два ТНА и два восстановительных газогенератора. Возможна схема ЖРД, когда в одном из газогенераторов получают восстановительный, а в другом - окислительный газ. В камеру сгорания поступают и сгорают там два газообразных компонента (схема «газ - газ»).

Рабочее тело для турбины можно получать также испарением одного из компонентов топлива в тракте охлаждения камеры. Камера такого ЖРД работает по схеме «газ - жидкость».

Поддержание на входе в насосы давления компонентов топлива, требуемого для бескавитационной работы насосов, обеспечивается системой наддува баков или преднасосами. Наддув баков обеспечивает плавное изменение давления в них при запуске двигательной установки, устойчивость баков к воздействию внешних и внутренних сил. Работа системы наддува аналогична работе системы вытеснительной системы подачи, и принципиально такими же являются способы получения рабочего тела системы наддува. Систему наддува не относят к двигательным системам, однако рабочее тело для нее нередко получают с помощью агрегатов двигателя.

3. Система наддува топливных баков.


3.1. Общие сведения.

В ЖРД с насосной подачей топлива поддержание заданного давления в топливных баках обеспечивается системой наддува. В зависимости от принятой схемы и условий запуска ЖРД различают:

- системы предварительного (предстартового) и

- основного (полетного) наддува.

Работа системы наддува аналогична работе вытеснительной системы подачи.

По аналогии с системами питания системы наддува разделяют в зависимости от метода генерации газа:

- на автономные и

- насосные.

3.2. Автономные системы наддува.

В качестве автономных систем наддува могут быть использованы все без исключения ВПТ. Наиболее широко применяют системы:

- с АСГ,

- ЖГГ различных типов и

- ТГГ.

Использование АСГ для наддува топливных баков объясняется в первую очередь высокой степенью ее отработанности. Для улучшения характеристик АСГ, применяемой в качестве системы наддува, возможно использование подогрева газа (непрерывного или импульсного). Системы АСГ прямого расширения можно эффективно использовать для обеспечения стартового наддува топливных баков.

В системах наддува используют сверхкритический и импульсный ТГГ. Импульсный ТГГ рационально применять для ракет, баки которых рассчитаны на значительные эксплуатационные перегрузки, так как это позволяет допускать достаточно большое временное увеличение давления в баках.

Системы АСГ и ТГГ применяются также для стартового наддува топливных баков в ЖРД, использующих насосные системы наддува.

Достоинства автономных систем наддува обусловлены независимостью работы системы наддува от условии работы других систем ЖРД и сводятся к возможностям доводки отдельно от двигательной установки, простоте регулировки на ракете, независимости параметров наддува от режима работы ЖРД, подбору оптимальных параметров газа наддува. Часть агрегатов системы наддува может быть размещена на наземных стартовых установках и связана с топливными баками через соответствующие магистрали (бортовые разъемы), герметизирующиеся после старта ракеты.

Общий недостаток всех автономных систем наддува - большие массы и габариты, что ограничивает их использование в современных ЖРД. Такие системы применяют в основном для обеспечения стартового наддува топливных баков в сочетании с насосными системами наддува или при использовании компонента топлива, для вытеснения которого обязательно применение специально выбранного газа.

3.3 Насосные системы наддува.

В насосных системах один или несколько процессов, обеспечивающих наддув бака (подача компонентов газогенерации или генерация газа наддува), осуществляются с помощью систем подачи ЖРД. В некоторых случаях для наддува одного и того же бака применяют наряду с насосной автономную систему наддува, которая необходима для обеспечения предварительного наддува при запуске, когда система подачи двигателя еще не вышла на режим.

Практически во всех как действующих, так и перспективных ЖРД работа насосных систем наддува основана на отборе топлива в ЖГГ наддува за насосами ТНА. В насосных системах наддува в качестве источника газа можно использовать также ЖГГ, обслуживающий ТНА двигателя.

Основные недостатки этих системневозможность осуществления стартового (до запуска двигателя) наддува баков и длительный период наддува свободного объема баков при запуске. Во многих случаях это приводит к необходимости введения дополнительных автономных систем, обеспечивающих стартовый наддув.

Рассмотрим некоторые виды насосных систем наддува.

Наддув от о д н о к о м п о н е н т н о г о ЖГГ. При использовании продуктов газогенерации однокомпонентных ЖГГ для наддува баков с компонентами топлива, обладающими малой химической стойкостью и термостабильностью, может возникнуть необходимость специальных мер по исключению контакта газа с топливом (применение эластичных оболочек, поршней, мембран и т. д.).

Наддув от испарительного ЖГГ. Эта система получила преимущественное распространение для наддува баков с криогенными топливными компонентами (кислород, водород, фтор и т. д.). Теплота, необходимая для работы испарительного ЖГГ, может отбираться либо от отработавших газов ТНА, либо от камеры.

Достоинства этой системы — простота, высокая эффективность, хорошие массовые характеристики, что обусловливает возможность ее широкого использования в современных ЖРД различного типа и назначения.

Наддув от д в у х к о м п о н е н т н о г о ЖГГ. В таких системах обычно используются два ЖГГ, один из которых вырабатывает окислительные продукты газогенерации (для наддува бака окислителя), другой - восстановительные (для наддува бака горючею). Возможен вариант, при котором часть газа, вырабатываемого в одном из газогенераторов (в качестве такого газогенератора можно использовать газогенератор ТНА), направляется на наддув одного топливного бака. Остальной расход газа, предназначенный для наддува, направляется во второй газогенератор (смеситель), где дожигается или балластируется другим компонентом топлива с таким расчетом, чтобы обеспечить необходимый состав газа, идущего на наддув второго топливного бака.

Для поддержания заданного химического состава, температуры и давления газа в топливных баках могут быть введены в систему наддува теплообменники или вторичные испарительные системы, предназначенные для охлаждения продуктов газогенерации до их поступления в баки, а также регуляторы, поддерживающие заданное давление газа. Если в составе продуктов газогенерации возможны твердые ПС, то в схему системы наддува вводят сепарационные и фильтрующие устройства различного типа.

Наддув с помощью непосредственного впрыска. Этот наддув применяют лишь при использовании в двигателе некоторых самовоспламеняющихся топливных компонентов. Схема наддува относительно проста, однако практическое ее применение ограничено из-за сложности организации процесса генерации газа непосредственно в топливном баке.

Наддув газом, отбираемым из КС. Основные условия работоспособности такой системы наддува - снижение температуры газа до величины, исключающей нагрев элементов конструкции бака выше расчетной температуры, а также исключение возможности попадания твердых ПС в топливо и возникновения пульсаций или резкого увеличения давления в топливных баках.

Эти условия обеспечиваются введением веществ, изменяющих химический состав и температуру газа, поступающего в баки (иногда роль такого вещества выполняет компонент топлива), установкой соответствующих сепаратов, фильтров, демпфирующих объемов и дроссельных шайб в газовом тракте.

В одной установке могут применяться различные системы наддува - каждая для своего бака. Например, при использовании топливной пары жидкий кислород - керосин наддув бака кислорода может осуществляться от испарительного ЖГГ, а наддув бака керосина - от двухкомпонентного ЖГГ.

3.4 Бустерные насосы.

Дли снижения давления наддува топливных баков в некоторых типах ЖРД используются бустерные насосы, обеспечивающие дополнительное повышение давления на входе, в основные насосы двигателя.

Бустерные насосы устанавливают в топливных магистралях, соединяющих баки с насосами ТНА, или непосредственно во внутреннем объеме топливных баков. В последнем случае давление наддува снижается на величину, обусловленную различием кавитационных характеристик бустерного и основного насосов и гидравлических сопротивлений по трубопроводам низкого давления. Для привода бустерных насосов необходим автономный источник механической энергии. Блок бустерного насоса и привода называют бустерным насосным агрегатом (БНА).

Для иллюстрации возможных вариантов БНА рассмотрим схему, представленную на рис. 3.1. Схема построена таким образом, чтобы обеспечить возможность отделения и сброса в полете баков, из которых выработаны топливные компоненты. БНА использован для перекачки топливных компонентов в расходный бак и отделяется от ракеты вместе со сбрасываемым баком.

В качестве бустерных насосов могут быть использованы осевые шнекоцентробежные и струйные насосы. На рис. 3.2 показана схема системы питания со струйными бустерными насосами.

Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:

Похожие:



Объем программы составляет 72 часа. Распределение учебного времени приведено в таблице к программе. Формы обучения



1. Упрощенная аналитическая модель движения людского потока определение расчетного времени эвакуации людей из помещений и зданий по расчету времени движения од



Рабочая учебная программа по производственному обучению Учебные специальности



Распределение окислов азота в приземном слое атмосферы над континентальными районами России



Выписка из рабочей программы и методические указания к выполнению лабораторных работ втаблице приведен перечень лабораторных работ и объем часов для каждой работы, а также распределение по семестрам



Нормы времени на погрузку и разгрузку транспортных средств



Для публикации: в понедельник, 9 января 2012 г., в 09: 20 по восточноевропейскому времени



Фонд Закона Времени Чрезвычайная административно-организационная программа



Обработка распределения времени обслуживания автомобилей при перевалке контейнеров



Учебные планы и программы для профессиональной подготовки рабочих Модуль по профессии-вальщик леса
Настоящий сборник предназначен для профессиональной подготовки рабочих по профессии «Вальщик леса»

Поделиться в соцсетях



Авто-дневник






База данных защищена авторским правом ©ucheba 2000-2020

обратиться к администрации | правообладателям | пользователям

разработчик i-http.ru

на главную