Материал: Шевелюк, М. И. Теоретические основы проектирования жидкостных ракетных двигателей учебное пособие для высших учебных заведений

ния газа в редукторе давления для обеспечения нормальной его работы в последние секунды работы двигателя.

воздух, азот, гелий и углекислоту. Выбор рода газа для газобал­ лонной системы топливоподачи зависит от природы компонентов топлива, от температуры, растворимости в них газа и других фак­ торов.

Фиг. 10.10. Изменения давления газа в аккумуляторе давле­ ния рЛ, за редуктором рБ и дроссельной шайбой р6 в зави­

симости от времени работы системы топливоподачи.

В современных системах часто применяется сжатый воздух, как

женные компоненты топлива при таких низких температурах, при которых воздух или азот при соприкосновении с холодной жидко­

стью способен конденсироваться и растворяться в них. Преимуще­ ство гелия перед другими газами состоит еще и в том, что он имеет меньшие молекулярный и удельный веса. В связи с этим вес гелия,

необходимого для вытеснения 1 ж3 жидкости, при одинаковых усло­ виях будет почти в 7 раз меньше, чем вес азота. Кроме того, при

дросселировании гелия в редукторе в противоположность воздуху и азоту температура его возрастает, еще уменьшая необходимый

вес вытесняющего газа.

Для вытеснения холодных сжиженных компонентов топлива требуется больше сжатого газа, чем для вытеснения такого же ко­

32 371

498 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД

личества несжиженного жидкого компонента при нормальной тем­

пературе, что объясняется охлаждением газа в баках. Например, для подачи жидкого кислорода требуется примерно в 2,5 раза больше азота, чем для подачи такого же количества азотной кис­ лоты или керосина.

По мере вытекания газа из баллона в топливные баки оставшийся

в нем газ расширяется с понижением температуры и притоком теп­

ла от более нагретых стенок баллона. Но так как этот подвод тепла незначительный, то температура газа в баллоне в конечном счете понижается, т. е. в баллоне имеет место политропное расширение газа с показателем п, меньшим, чем при адиабатическом расшире­ нии газа (1<л<£).

Поскольку невозможно точно оценить значение п, то расчет системы с газовым аккумулятором давления принято вести по по­ казателю адиабаты k. В связи с этим температура газа в баллоне в конце работы системы определится из уравнения адиабаты рас­

ширения газа в системе:

k—i k-i

Т^ТМаУ = i\&xk = 7'1ас1°к. (10.11)

При дросселировании температура азота несколько понижается,

а гелия — незначительно повышается. В топливных баках дроссе­

лированный газ немного подогревается вследствие более высокой

температуры стенок бака и находящегося в нем жидкого компонен­ та топлива.

Теоретический учет изменения температуры газа в топливных баках весьма затруднен вследствие малой изученности процесса теплообмена в системе. Температура газа в баллоне и в топливных баках в конце работы системы определится из уравнения закона

сохранения энергии газа в системе при условии процесса его рас­

ширения по адиабате (см. фиг. 10.9):

ской работы в ккал[кгм;

уравнение (10.13) и считая без большой погрешности в расчетах,

системе установлен редуктор давления газа, см. фиг. 10.10), а также имея в виду известное выражение ARiCv=k — 1, получим

окончательное уравнение для определения температуры газа в

топливных баках в конце работы системы:

где </уд — удельный теплоподвод к газу в к,кал]к,г\

Ст — теплоемкость газа при постоянном давлении в ккал/кг °C.

32*

500 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД

Таблица 10.1

Если учесть изменение температуры воздуха в процессе дроссе­

лирования, то Се будет несколько меньше табличных значений, а для гелия — немного больше. Для расчетов величину Сг нужно брать на 10% выше табличных значений.

воподачи необходимо определить объем баллона и запас сжатого газа для вытеснения компонентов топлива из баков в камеру сго­

рания двигателя под давлением ръ.

Исходными данными для этого являются:

1)общий объем баков горючего и окислителя;

2)давление подачи компонентов, т. е. давление в топливных

баках;

менить GT=pvlR. При этом условии упомянутое уравнение энер­ гии примет вид