§ 13.1. системы подачи горючего — базы теории и расчета жидкостных ракетных движков — наука — деловая библиотека

Back

В ЖРД используются вытеснительная и насосная системы подачи горючего.

Вытеснительная подача горючего (ВПТ) обеспечивает подачу ком­понентов
горючего в КС либо ГГ методом вытеснения его под действием газа, подаваемого в топливные
баки.

Газ, нужный для работы ВПТ, может быть или заблаговременно за­пасен
на борту JIA в аккуме сжатого газа (АСГ) (такие системы ВПТ именуются системами
с АСГ), или генерироваться во время работы ЖРД в газогенераторах из водянистых либо
жестких начальных веществ.

Агрегат, в каком составляющие основного и вспомогательного топ­лива
в итоге низкотемпературного горения, разложения либо испарения преобразуются
в продукты газогенерации, именуют жид­костным газогенератором (ЖГГ). Соответственно
продуктами газо­генерации (ПГГ) именуют получаемые в ЖГГ продукты разложения, низкотемпературного
горения либо испарения основного либо вспомо­гательного горючего. Продукты газогенерации
именуют окислитель­ными, если они получены при излишке окислителя, и восстановитель­ными
— при излишке горючего. Агрегат, вырабатывающий газ за счет сгорания заряда твердого
горючего, именуют твердотопливным газогенератором (ТГГ).

Продукты газогенерации употребляют для вытеснения компонен­тов
водянистого горючего из топливных баков при использовании ВПТ, наддува топливных баков
при насосной системе подачи горючего, при­вода ТНА либо вспомогательных агрегатов
и неких других целей.

В ВПТ для получения газа, нужного для вытеснения топ­лива,
употребляют батареи сжатого газа (АСГ), ЖГГ и ТГГ раз­личных типов. Систематизация
источников газа приведена на рис. 13.1.

Рис. 13.1. Систематизация источников газа

К газу, применяемому для ВПТ, предъявляют последующие основ­ные
требования: высочайшая плотность при хранении и малая молярная масса при вытеснении,
малая растворимость в вытесняемом компоненте горючего и меньшая хим
активность с ним, от­сутствие жестких либо водянистых примесей и др.

Разглядим некие системы с ВПТ.

Система с аккумом сжатого газа. В качестве рабочего тела
в системах с АСГ могут быть применены воздух, азот, гелий и некие другие
газы. Основной недочет воздуха — наличие в нем кислорода и относительно высочайшая
темпе­ратура кипения, вследствие чего он не может быть применен для вытеснения
криогенных топлив. При помощи гелия (благодаря его инертности и низкой температуры
кипения) могут быть вытеснены все имеющиеся составляющие горючего.

В аккумах газ находится под давлением, которое превы­шает
давление в топливных баках. Перед подачей газа в бак его Давление должно быть снижено
до данной величины. В зависимо­сти от метода понижения давления газа системы АСГ
делятся на системы с редуктором и прямым расширением.

Рис. 13.2. Схема ЖРД с вы- теснительной подачей горючего АСГ:

I           — камера; 2 —- пусковой кран топ­лива; 3— кран заправки
горючего; 4 — бак горючего; 5 — реле давле­ния; 6 — дреиажиый кран; 7—бак окислителя;
« — АСГ; 9 — край за­правки АСГ; 10 — оборотный клапан;

II          — пусковой клапаи; 12 — редук­тор; 13 — мембранный
клапаи; 14 —

гибкая оболочка

подачей горючего АСГ с обогревом газа горелкой, работающей на
водянистом горючем: t — реле давления; 2 — клапан аварийного сбро­са давления из бака;
3 — дренажный кран; 4—• бак горючего для обогрева; 5 —мембранный клапаи; 6 — АСГ;
7 — клапан аварийного сброса давления из АСГ; 8 — край заправки АСГ; 9 — клапаи
двойного деяния; 10 — редуктор АСГ; 11 — редуктор обогрева; 12 — оборотный клапан;
13 — камера обогрева бака окислителя; 14 — мембранный клапаи; 15 — камера обогрева
бака горючего; 16 — край заправки горючего; 17 — пус- корегулирующий край двойного
деяния; 18 — командная линия давления в камере; 19 — регу­лирование тяги

На рис. 13.2 приведена типовая схема ЖРД с ВПТ АСГ с исполь­зованием
редуктора. Основной недочет этой системы — относитель­но огромные габариты и масса.

Системы АСГ находят применение в галлактических ЖРД разного типа.
Это разъясняется значимой конструктивной простотой и высочайшей надежностью этих
систем, также тем, что с помощью их относительно просто обеспечивается неоднократный
пуск мотора. Огромные габариты и масса ВПТ в данном случае компенсируются тем,
что в галлактических ЖРД (благодаря пренебрежимо малому противо­давлению) методом роста
степени расширения сопла можно обес­печить довольно высочайший удельный импульс при
относительно не­больших давлениях подачи компонент горючего. При всем этом следует иметь
в виду, что понижение давления в КС и повышение степени рас­ширения сопла вызывают
соответственный рост габаритов и массы камеры ЖРД, это уменьшает выигрыш в массе
топливных баков, по­лучаемый за счет понижения давления подачи.

Представляется вероятным’упростить АСГ, заменив редуктор дрос­сельной
шайбой. Системы такового типа именуют АСГ прямого расши­рения. Разновидностью АСГ
прямого расширения является система, в какой вообщем отсутствует какой-нибудь регулирующий
элемент на полосы вытесняющего газа. Газ закачивается в свободный объем топ­ливных
баков. Свободный объем — часть объема бака, не заполнен­ная жидкостью. Системы АСГ
прямого расширения обеспечивают авто­матическое понижение давления подачи компонент
горючего, а следо­вательно, их расхода и тяги, разви­ваемой ЖРД по времени. Благодаря
этому можно методом соответствую­щего подбора дроссельных шайб и исходного давления
в аккумулято­ре получить заблаговременно данный закон конфигурации перегрузок, действующих
на JIA в полете. Системы АСГ пря­мого расширения употребляются так­же для вспомогательных
целей, на­пример для .обеспечения пуска ЖРД (см. рис. 13.25).

Системы АСГ с подо­гревом. Свойства ВПТ улучшаются с повышением
темпера­туры газа. Подвод теплоты к газу можно производить как непосредст­венно
в АСГ, так и во внутренних объемах топливных баков.

Системы с обогревом газа делят­ся на системы с непрерывным и
им­пульсным обогревом. В системах с непрерывным обогревом теплоту подводят безпрерывно,
при постоян­ном давлении газа. На рис. 13.3

Рис. 13.4. Схема системы АСГ с обогревом с размещением акку­мулятора
газа в баке с криоген­ным топливом: 1 — дреиажиый кран; 2 — реле давле­ния; 3— рассеивающее
устройство; 4 — мембранный клапан; 5 — оборотный кла­пан; 6 — топливный бак; 7 —
камера обогрева газа; 8 — аккумулятор газа со сжиженным газом; 9 — редуктор

приведена схема ЖРД и АСГ, в какой непрерывный обогрев производится
за счет сжигания кислорода воздуха с водянистым горючим. Применение обогрева позволяет
использовать в аккумуля­торах давления сжиженные газы, по этому можно значительно
понизить массу и объем аккума (рис. 13.4).

В системах с импульс­ным обогревом осущест­вляется повторяющийся
(им­пульсный) подвод теплоты к газу, находящемуся в аккуме давления, либо топливном
баке. На рис. 13.5, а приведена эпю­ра вытеснения (зависи­мость конфигурации давления
в топливных баках по вре­мени) при импульсном под­воде теплоты к газу, на­ходящемуся
в аккумуля­торе, применительно к АСГ прямого расширения и АСГ с редуктором. В системах
АСГ, использующих поли­тропическое расширение газа в топливных баках, может быть
применен принцип импульсного по­догрева с тем различием, что теплота подводится
конкретно к газу, находящемуся в топливных баках (рис. 13.5, б).

Системы с жидкостным газогенератором. В ЖГГ газ вырабатывается
из водянистых компонент горючего методом их испарения, хим разложения либо сжигания.
В первом слу­чае ЖГГ именуется испарительным, во 2-м однокомпонентным и в 3-ем
— дзухкомпонентньш. Разглядим схемы и соответствующие особенности ВПТ, основанные на
перечисленных типах ЖГГ.

Испаритгльный ЖГГ. В испарительном ЖГГ продукты газоге­нерации
получают методом испарения жидкостей, владеющих при за­данной температуре давлением
насыщенных паров, равным либо превы­шающим давление подачи горючего. Воды испаряются
в теплооб­меннике, который и является фактически испарительным ЖГГ. В качестве газифицируемого
вещества могут быть применены как главные составляющие горючего ЖРД, так и другие
специально подби­раемые воды. На рис. 13.6 приведена схема испарительной си­стемы,
использующей для генерации газа вещество, владеющее довольно огромным давлением
насыщенных паров, что исключает не­обходимость дополнительного обогрева. На рис.
13.7 показана схе­

Рис. 13.5. Эпюры вытеснения систем с им­пульсным обогревом газа:

а — обогрев газа в АСГ; б — обогрев газа в топ­ливных баках;
ра — давление в аккуме; pgj — давление в топливных баках в системе АСГ с дрос­селем,
р §а —давление в топливных баках в системе АСГ с редуктором; Ti—’Т« — моменты включения
им­пульсного обогрева

ма, в какой для обогрева газа применена теплота компонента
горючего, охлаждающего КС.

Самовытесняющие системы. Разновидностью испарительного ЖГГ являются
системы, в каких подача осуществляется под действием упругих паров горючего, находящегося
в топливных баках. Такие сис­темы именуются самовытесняющими.

Этот способ подачи может быть использован при использовании топ-
D—» лив, владеющих довольно высо­ким давлением насыщенных паров в данном
температурном спектре эксплуатации мотора. Если дав­ление паров горючего недостаточно
для получения нужного давле­ния подачи, то в схему могут быть введены элементы,
обеспечивающие дополнительный обогрев горючего (по типу испарительного ЖГГ).

Самовытесняющие системы прос­ты и надежны. Более благопри

5 6 7

Рис. 13.6. Схема вытеснительной подачи с испарительным ЖГГ:

1 — топливный бак; 2 — устройство, ис­ключающее возможность попадания
водянистого рабочего тела в коммуника­ции наддува; 3 — жидкое рабочее тело системы вытеснения;
4 — испаритель­ный ЖГГ; 5 — дренажный клапан; 6 — реле давления; 7 — предохранительный
клапан, совмещенный с клапаном сбро­са давления; 8 ~ клапан принудитель­ного открытия;
9 — оборотный клапан

Рис. 13.7. Схема ЖРД с вытесни­тельной подачей горючего (испари­тельный
ЖГГ):

I           — пусковой подогреватель; 2 — тепло­обменник; 3 —
клапан аварийного сбро­са давления; 4 — испарительный ЖГГ; 5 — клапан пуска и
отключения; 6 — реле давления; 7 — дренажный кран; 8 — оборотный клапан; 9 — мембранный
клапан; 10—кран заправки горючего;

II          — сепаратор газа; 12 — регулятор Давления подачи;
13 — лииня теплоно­сителя; 14 — командная линия давле­ния

ятные условия для их внедрения — галлактические ЖРД с не­большой
величиной тяги при относительно малых давлениях в КС. На рис. 13.8 приведена схема
мотора, созданного для ори­ентации искусственного спутника Земли, в каком
вытеснение ком­понентов горючего осуществляется под давлением паров окислителя. Вытеснение
горючего делается при помощи эластичной перегородки. В качестве самовытесняющихся
ком­понентов могут быть применены, к примеру, перхлорат фтора C103F, нитрофторид
N02F, тетрафторгидра- зин, аммиак, ацетилен.

Однокомпонентный ЖГГ. В ка­честве источника газа может быть применено
однокомпонентное топ­ливо. Зависимо от вида топ­лива его разложение делается
каталитическим либо тепловым методом.

Двухкомпонентный ЖГГ. Генера­ция газа в двухкомпонентной ЖГГ
обеспечивается за счет сжигания компонент горючего при значитель­ном излишке 1-го
из компонент. Нужная температура задается массовым соотношением компонент
горючего, поступающих в ЖГГ- Со­ответствующая схема приведена на рис. 13.9. Во избежание
догорания и нерасчетного увеличения давления газа в свободном объеме бака могут устанавливаться
два ЖГГ, один из которых работает при коэффициенте излишка окислителя меньше едини­цы
(для бака горючего), а дру­гой — больше единицы (для бака

7 2 J 4 5 В

Рис. 13.8. Схема с самовытеснением: 1 — реле давления; 2 — бак
окислителя; 3 — бак горючего; 4 — гибкая перего­родка; 5 — корпус; 6 — блок
пусковых кра­нов; 7 —камера ЖРД

Рис. 13.9. Схема ЖРД с вытес- нительной подачей горючего (двух­компонентный
ЖГГ):

1 — реле давления; 2 — дренажный кран; 3 — мембранный клапаи;
4 — кран заправки горючего; 5—бак окислителя ЖГГ; 6 — оборотный клапаи; 7 — клапаи
заправки АСГ; 8—редуктор; Я — пус­ковой клапаи; 10 — АСГ; 11 — бак го­рючего ЖГГ;
12 — ЖГГ бака окисли­теля; 13 — ЖГГ бака горючего; 14 — клапан принудительного открытия

окислителя). Данный режим газогенерации обеспечивается с помо­щью
регулирующих частей на линиях подачи горючего в ЖГГ.

Вытеснительная подача горючего с непо­средственным впрыском. Работа
этой системы базирована на реакциях, происходящих при контакте вводимых во внутренний
объем бака химически активных веществ с компонентом горючего, на­ходящимся в баке.
При всем этом происходит частичное сгорание и испаре­ние горючего, определяемое количеством
введенного активного веще­ства. Лучшие результаты обеспечиваются при подаче распылен­ного
активного вещества на свободную поверхность горючего в баке. В табл. 13.1 приведены
некие из таких активных веществ.

Таблица 13.1

Компонент горючего

Активное вещество

Массовая плотность

Молекулярная масса газа

N204

0,5 N2H4 + 0,5 HDMr

02 водянистый

Гидразин

Ацетальдегид Перекись натрия Триметаоксибор Пятихлористый фтор

1,370 1,555 0,922

30

27

28

При использовании самовоспламеняющихся топлив может быть внедрение
второго компонента в качестве активного вещества.

Системы с твердотопливным газогенера­тором. Почти всегда
для ТГГ употребляют особые пиротехнические составы, обеспечивающие данный
состав и темпе­ратуру газообразных ПС. Есть докритические и сверхкрити­ческие
ТГГ. В докритических — давление в камере ГГ равно (за вы­четом гидравлических сопротивлений
по газовой магистрали) давле­нию в топливном баке. В сверхкритических -— отношение
давлений в топливных баках и камере ТГГ ниже критичного. Это обеспечи­вается установкой
сопла с критичным сечением на газовом тракте, соединяющем ТГГ с топливным баком.
Твердотопливные заряды в сверхкритических ТГГ пылают при больших давлениях, потому
устой­чивость горения в их выше, чем в докритических. Случайные изме­нения давления
в топливных баках, имеющие место при работе си­стемы подачи, не сказываются на режиме
горения заряда. Сверхкрити­ческие ТГГ более всераспространены в ЖРД, обширно используются
для стартовой раскрутки ТНА при запуске и в качестве вспомога­тельной ВПТ краткосрочного
деяния.

Гибридный ТГГ. Имеются составы твердого горючего, ко­торые пылают
в присутствии водянистого либо газообразного вещества, вводи­мого в камеру ТГГ. Газогенераторы,
работающие по такому прин­ципу, именуются гибридными. Они позволяют регулировать
скорость горения, а как следует, и газопроизводительность газогенератора методом
конфигурации количества вещества, вводимого в камеру ТГГ. Эти системы допускают повторный
и неоднократный пуск, что обуслов­ливает перспективность их использования в ДУ
галлактических JIA.

Насосная подача горючего. В качестве источника газа для привода
турбины ТНА употребляют ЖГГ разных типов, а время от времени при от­носительно малых временах
работы — ТГГ. Горючее, нужное для работы ЖГГ, может быть подано к нему или
при помощи автоном­ной системы ВПТ (рис. 13.10—13.12), или от насосов ТНА (рис.
13.13, 13.14, 13.25). В первом случае система подачи именуется насосной с автономным
контуром газогенерации, во 2-м — насосной с насос­ным контуром газогенерации.

Газ, выходящий из турбины ТНА, обладает определенным припасом
энергии. Рациональное внедрение этой энергии позволяет повы­сить удельный импульс
ЖРД. Если этот газ направляется в камеру сгорания ЖРД и там дожигается совместно с
остальным топливом, то таковой движок именуют ЖРД с дожиганием (рис. 13.15—13.18).
Если газ после турбины направляется в окружающую среду либо в какие-либо расположенные
вне КС устройства, предназначеные для ис­пользования припаса энергии, заключенной
в этом газе, к примеру ру­левые сопла, то таковой движок именуют ЖРД без дожигания
(см. рис. 13.10—13.14).

Разглядим некие главные схемы движков с насосной по­дачей
горючего.

Система подачи с автономным контуром газогенерации от однокомпонентного
ЖГГ. Принципные схемы ЖРД с системами питания такового типа при­ведены на рис.
13.10,’и 13.11. В качестве горючего для ЖГГ могут быть применены перекись водорода,
несимметричный диметилгидразин, изопропилнитрат и другие вещества, дающие при разложении
газ с довольно высочайшими значениями температуры и газовой неизменной. Разложение
может осуществляться каталитическим либо тепловым способами. Обычно катализатор
располагается конкретно во внутреннем объеме КС ЖГГ. Схема с тепловым разложением
горючего фактически отличается от схемы с каталитическим разло­жением тем, что при
тепловом разложении во внутренний объем камеры ЖГГ вводится источник теплоты,
обеспечивающий термиче­ское разложение компонента газогенерации.

Система подачи с автономным контуром газо’геяе’р а дии от двухкомпонентного
ЖГГ.

Рис. 13.10. Схема (ЖРД с’насосной подачей горючего (однокомпонентный
ЖГГ): 1 — ТНА; 2 — ЖГГ; 3 — регулятор тяги; 4 — двухходовой кран; 5 — край заправки;
6 — АСГ; 7 — редуктор системы иаддува; 8 — редуктор системы газогеиерации; 9 — оборотный
клапан; 10 — мембранный клапаи; 11 — клапаи принудительного открытия; 12 — бак компонента
газогеиерации; d,—dt — управляющая линия давления в камере; С,—С, — линия наддува

топливных баков

Рис. 13.11. Схема ЖРД с неоднократным пуском:

i — камера ЖРД; 2 —фиксатор 2-ой ступени; 3 — фиксатор первой
ступени; 4 и 31 — пус- корегулирующий кран; 5 и 30 — реле давления первой ступени;
6 — ТНА; 7 я 29 — двуххо­довой кран закольцовки; 8 и 27 — двухходовой кран; 9 —
бак горючего; 10 — дренажный клапан; —оборотный клапан; 12 — предохранительный клапан;
13 и 15 — реле давления в баке; 14 — бак окислителя; 16 — редуктор системы наддува;
17 — двухходовой кран про­дувки; 18 — кран заправки АСГ; 19 — двухходовой кран АСГ;
20 — редуктор системы про­дувки; 21 — АСГ; 22 — редуктор системы газогеиерации;
23 — бак компонента газогенерацнн; .24 — двухходовой кран компонента газогеиерации;
25 — регулятор тяги; 26 — ЖГГ; 28 — кран заправки; 32 — реле давления 2-ой ступени;
— линня подачн окислителя в камеру ЖРД: П — линия продувки; 30, Зг — линия закольцовкн

В этой системе в качестве горючего для ЖГГ употребляют главные
ком­поненты горючего ЖРД (см. рис. 13.12). В отличие от предшествующей та­кая система
позволяет методом конфигурации коэффициента излишка окис­лителя регулировать в определенных
границах температуру и состав газа, поступающего на турбину.

Рис. 13.12. Схема ЖРД с насосной подачей горючего ЖГГ):

1 — камера ЖРД; 2 — редуктор продувки; 3 — ТНА; 4 к 26 — двухходовой
край ком­понента горючего; 5 — кран заправки; 6 — бак горючего; 7 — клапан аварийного
сбро­са давления; 8 — кран дренажа; 9 — реле давления; 10— бак окислителя; 11 —
край заправки АСГ; 12 — АСГ; 13 — двухходо­вой кран продувки; 14 — двухходовой край
системы вытеснения компонент га- зогеиерацнн; 15 и 17 — баки компонент газогеиерации;
16 — редуктор системы вы­теснения компонент газогеиерации; 18 —

х77777777777/.V

Рис. 13.13. Схема ЖРД с насос­ной подачей горючего:

1 — наземное пусковое устройство; 2 — камера ЖРД; 3 — регулятор
тягн; 4 — ТНА; 5 — кран заправки; 6 — двуххо­довой край; 7 — бак горючего; 8 — дре­нажный
клапан; 9 — мембранный кла­пан; 10 — бак окислителя; И — реле давления; 12 — смеситель
бака окисли­теля; 13 и 16 — оборотный клапан; 14 — смеситель бака горючего; 15 —
смеси­тель газа ТНА; 17 — газовый редуктор и фильтр; А — стартовый иаддув баков

мембранный клапан; 19 — оборотный кла­пан; 20 и 21 — двухходовые
краиы компо­нентов газогенерации; 22 — ЖГГ бака окислителя; 23 — ЖГГ бака горючего
н генерации рабочего тела для турбины; 24 — двухходовой кран ТНА; 25 — регуля­тор
тяги

Рис. 13.14. Схема ЖРД с насосной подачей горючему и насосным конту­ром
газогенерации от двухкомпо­нентного ЖГГ: 1 — камера ЖРД; 2 — выхлопной коллек­тор
ТНА; 3 — ТНА; 4 — кран; 5 — пусковое сопло; 6 — бак горючего; 7 — дренажный клапаи;
8 — реле давления; Я — бак окис­лителя; 10 — АСГ; И — клапан заправки газа; /2 —редуктор
высочайшего давления; 13 — редуктор низкого давления; 14 — кран заправки компонента
горючего; 15 — режим­ное сопло ТНА; 16 — регулятор тяги; 17 — ЖГГ; 18 — регулятор
подачи горючего в ЖГГ; 19 — регулятор подачи окислителя в ЖГГ

Рис. 13.15. Схема ЖРД с дожи­ганием с однокомпонентным ЖГГ:

1 — камера ЖРД; 2 — двухходовой кран; 3 — подкачивающий насос;
4 — ТНА; 5 —ЖГГ; 6 — пнростартер; 7 — бак горючего; 8 — бак окислителя; 9 — мембранный
клапаи; 10 — смеситель (дожигатель); И — редуктор; 12 — ре­гулятор тяги; 13 — двухходовой
край; 14 — кран перепуска; 15 — мелкие камешки прн выключении; А — стартовый иаддув ба­ков

При запуске ЖРД с насосным контуром газогенерации для началь­ной
раскрутки ТНА нужен дополнительный пусковой источник энер­гии. В качестве такового
источника может быть применена неважно какая из систем с автономным контуром газогенерации,
расположенная на

Рис. 13.16. Схема ЖРД с дожиганием с однокомпо-

нентным ЖГГ: 1 — камера ЖРД; 2 — кран; 3 — пиростартер; 4 — бак
горючего; 5 — мембранный клапан; 6 — бак окислителя; 7 — смеситель (дожигатель);
8— редуктор; Я — ЖГГ; 10 — кран перепуска; 11 — регулятор соотношения компо­нентов;
А —• стартовый иаддув бакои

Рис. 13.17. Схема ЖРД с дожига­нием с однокомпонентным ЖГГ:
1 — камера ЖРД; 2 — кран перепуска; 3 — ТНА горючего; 4 — ЖГГ восстанови­тельного
газа; 5 — двухходовой кран; в — кран заправки горючего; 7 — редуктор; 8 — оборотный
клапан; 9 — мембранный клапаи; 10 — бак окислителя; 11 — край дренажа; 12 — бак
горючего; 13 — ЖГГ окислитель­ного газа; 14 — ТНА окислителя; 15 — регу­лятор соотношения
компонент; А — стар­товый иаддув баков

борту JIA либо на наземной пусковой установке. Более нередко
для этой цели применяется ТГГ (см. рис. 13.15—13.19).

Разглядим некие варианты систем подачи с насосным кон­туром
газогенерации.

Система подачи с отбором газа из каме­ры ЖРД- В этом случае
для привода турбины ТНА использу-

ется газ, отбираемый из КС (см. рис. 13.13). До поступления в
тур­бину газ проходит чистку и охлаждается до данной температу­ры. Невзирая на
кажущуюся простоту, схема обладает рядом осо­

бенностей, затрудняющих ее

практическое применение, основной из которых является требование
под­держания всепостоянства данных па­раметров газа, поступающего к тур­бине, — давления,
температуры, со­става.

Система подачи с на­сосным контуром газо­генерации от одноком-
понентного ЖГГ. Если один из компонент горючего ЖРД мо­жет быть применен как
одноком- понентное горючее, то привод турби­ны ТНА может быть осуществлен

Рис. 13.18. Схема ЖРД с дожи­ганием с двухкомпонентным ЖГГ:

I           — камера ЖРД; 2 — подкачивающий насос; 3 — ТНА;
4 — кран; 5 —ЖГГ; 5 — пнростартер; 7 — бак горючего; 8 — АСГ стартового наддува;
9 — бак окислителя; 10— мембранный клапан;

II          — смеситель (дожигатель); 12—ре­дуктор; 13 — кран
перепуска; 14 — ре­гулятор тяги; 15 — кран; 16 — мелкие камешки

газа при выключении

Рис. 13.19. Схема ЖРД с дожи­ганием с турбиной, размещенной в
КС (системы низкого давления, пуска и регулирования не по­казаны):

/ — камера ЖРД; 2 —рубаха охлаж­дения диска турбины; 3—сопловой
ап­парат; 4 — рубаха остывания вала турбины; 5—рубаха остывания КС;

6          — головка КС, полость окислителя;

7          — головка КС, полость горючего; 8 — иасос горючего;
9 — насос окислителя; 10 — кран окислителя; 11 — край горю­чего; 12 — турбина

от однокомпонентного ЖГГ (см. рис. 13.25). Схема перспек­тивна
благодаря простоте конструкции и регулированию мощности турбины (регулирование расхода
1-го компонента).

Система подачи с насосным контуром га­зогенерации от двухкомпонентного
ЖГГ. Ти­повые схемы приведены на рис. 13.14 и 13.24. Температура и химиче­ский состав
газа, поступающего в турбину, определяются коэффи­циентом излишка окислителя в ГГ.
Регулирование мощности ТНА в системах с двухкомпонентным ЖГГ может осуществляться
темпера­турным, расходным и смешанным способами.

Получивший наибольшее распространение температурный способ регулирования
сводится к изменению температуры газа, подаваемого в турбину, осуществляемому методом
конфигурации массового соотношения топливных компонент, сжигаемых в газогенераторе.
Расходный ме­тод основан на изменении массового расхода газа при сохранении его
температуры. Смешанный способ основан на одновременном использо­вании температурного
и расходного способов. Выбор способа определя­ется спектром регулирования и физико-химическими
качествами применяемого горючего.

В ЖРД с дожиганием в общем случае в КС подаются водянистые окис­литель
и горючее, также газ, поступивший из турбины (с излишком либо недочетом окислителя).
Вероятен случай, когда все горючее (окислитель) проходит через газогенератор, тогда
в КС вводятся жид­кий окислитель (горючее) и газ с недочетом (излишком) окислителя.
И в конце концов, случай, когда все горючее, используемое ЖРД до поступ­ления в КС, проходит
через надлежащие ГГ и турбины. В КС вво­дятся и дожигаются в ней газ с излишком
горючего и газ с излишком окислителя. В первых 2-ух случаях (смешение и дожигание
газа с жидкостью) смесеобразование в КС именуется гетерогенным, в пос­леднем (смешение
и дожигание газа с газом) — гомогенным.

Разглядим некие главные схемы ЖРД с дожиганием.

Схема ЖРД с дожиганием с однокомпо- нентным ЖГГ. Воплощение
этой схемы может быть, если хотя бы один из топливных компонент, используемых в движке,
может быть применен как однокомпонентное горючее (см. рис. 13.15— 13.17).

Применение систем с однокомпонентным ЖГГ ограничено отно­сительно
низкой температурой разложения большинства одно- компонентных топлив, что не
позволяет получить довольно высочайшее давление в камере сгорания ЖРД- Ее достоинства
— простота кон­струкции и сборки мотора, обусловливаемые применением однокомпонентного
ЖГГ.

Схема ЖРД с дожиганием с испаритель­ным ЖГГ. Может быть применение
паров низкокипящего компонен­та горючего в качестве рабочего тела турбины ТНА. Компонент
горючего газифицируется и греется до данной температуры в тракте ру­башки остывания
КС. Потому что температура получаемого газа отно­сительно невелика, то рассматриваемая
схема более рациональна для газа, владеющего огромным значением газовой неизменной
(нг-

пример, водород), что позволяет получить довольно высшую рабо­тоспособность
1-го килограмма газа.

Схема ЖРД с дожиганием с двухкомпонент- н ы м и ЖГГ. Обширно всераспространены
движки, в каких рабо­чее тело турбины генерируется в двухкомпонентном ЖГГ.
Соотно­шение топливных компонент, поступающих в ЖГГ, подбирается таким макаром,
чтоб обеспечить за­данную температуру и хим состав газа, поступающего на
турби­ну. На рис. 13.18 приведена схема ЖРД с дожиганием с двухкомпо- нентным ЖГГ,
гетерогенным сме­шением и подкачивающим насосом.

Схема ЖРД с дожига­нием и полной газифи­кацией горючего в ЖГГ.
В данном случае все горючее, расхо­дуемое ЖРД до поступления в КС, подается в ЖГГ,
один из которых работает при коэффициенте излишка окислителя меньше единицы, дру­гой
— при коэффициенте излишка окислителя больше единицы. Полу­ченные в ЖГГ восстановительный
и окислительный продукты газогенера­ции срабатывают на турбинах и по­даются в КС,
где емешиваются и сгорают.

Если турбина расположена во внут­реннем объеме КС, то на ее лопатки
подается или полный расход газа, или его часть зависимо от типа смешения
(гомогенного либо гетеро­генного), способа обеспечения термо­стойкости частей конструкции,
размещенных во внутреннем объеме камеры, и принятой сборки бло­ка ТНА — камера
сгорания.

На рис. 13.19 приведена схема системы с полным внедрением
расхода газа. Основная задачка, оп­ределяющая возможность реализа­ции таковой схемы
— среднее кон­структивное решение системы охлаж­дения, обеспечивающее нормальную
работу турбины и частей, под­вергающихся воздействию больших температур. ■
Эта задачка может быть решена оптимальным сочетанием ис­

с авто- охлаж-

Рис. 13.20. Схема ЖРД номным регенеративным дением:

1 — камера ЖРД; 2 — циркуляционный насос; 3 — испаритель; 4 —
конденса­тор; 5 —кран; 6 — ТНА; 7 — стартовый иаддув баков; 8 — бак горючего; 9
— бак окислителя; 10— мембранный кла­пан; 11 — реле давления иаддува; 12 — кран
дренажа; 13 — пусковая турбина; 14 — пиростартер; /5 — реле давления

парительного остывания с проточным и применением материалов,
имеющих достаточную тепловую стойкость.

Схема ЖРД с автономным регенеративным остыванием. К категории
движков с дожиганием можно отнести ЖРД с автономным регенеративным остыванием,
потому что у их отсутствуют утраты с отработанными газами ТНА. Схема таковой системы
приведена на рис. 13.20. Рабочее тело для питания турбины диркулирует в замкнутом
контуре А ВС Д. На участке А В рабочее тело находится в газовой фазе (перегретый
пар), на участке СД — в водянистой.

В конденсаторе происходит конденсация газа за счет его дополни­тельного
(после турбины) расширения и остывания топливом, про­текающим через конденсатор.
Циркуляционный насос приводится в действие от основного ТНА ЖРД- Нагрев, испарение
и перегрев ра­бочего тела турбины осуществляются в испарителе, роль которого в данном
случае делает рубаха остывания КС- В определенный эталон мотора может быть
введен ряд дополнительных узлов.

В случае внедрения таковой схемы в качестве рабочего тела тур­бины
употребляют пары специальной воды, которая должна удов- левторять ряду специфичных
требований.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий


gazogenerator.com