.£ 8. Двухкомпонентные газогенераторы ЖРД |
549 |
Длина камеры ГГ должна быть такой, чтобы в ней успевали за канчиваться процессы испарения и разложения компонентов топ лива, а газовая постоянная получаемого газа при выбранной тем
пературе его была наибольшей (вероятно, максимум RK будет
в конце полного испарения капель компонентов топлива).
При проектировании двигателя длина камеры ГГ может быть определена соответствующим приближенным расчетом или по данным экспериментов. Для этой цели может быть использовано время пребывания топлива в камере в пределах 0,003—0,004 сек.
Можно предполагать, что для топлив на основе азотной кислоты
или ее производных и при давлении в камере около 30—50 ата дли
на камеры газогенератора не |
должна превышать |
250—350 мм |
(в случае подачи топлива со |
стороны головки). Расчеты показы |
|
вают, что в 1 л объема камеры двухкомпонентного |
газогенератора |
|
можно достаточно полно сжечь около 0,3—0,5 к.г топлива.
Расчет центробежных форсунок для ГГ ведут по обычной ранее рассмотренной нами теории.
По общеизвестной теории ведут также расчеты газогенератора
на прочность.
Компоненты топлива как в газогенератор турбонасосного агре гата, так и в реакторы наддува топливных баков можно подавать через обратные клапаны, которые, кроме выполнения своих пря мых функций, являются также регуляторами соотношения компо
нентов топлива в магистралях горючего и окислителя. К тому же обратные клапаны предупреждают возможность заброса газа в магистрали в периоды пуска и остановки двигателя.
При применении двухкомпонентного газогенератора система
топливоподачи ЖРД может состоять из ТНА с выхлопной трубой,
заканчивающейся соплом, газогенератора, блока обратных клапа нов с дроссельными шайбами, клапана постоянства давления, тру бопроводов с рвущимися мембранами в разъемах (в некоторых из них), заглушек и крепежных деталей.
Для постоянства работы газогенератора можно применять так же специальный регулятор расхода и давления такой же схемы, как и программный механизм двигателя (регулятор тяги). При та ком механизме наддув топливных баков не зависит от режима ра боты двигателя, так как при этом подача компонентов топлива в реакторы баков будет определяться установленным давлением
вбаке.
Взаключение следует отметить, что для аппарата наиболее со вершенной можно считать такую систему газогенерации, которая
при выполнении задачи будет иметь более простую конструкцию и наименьший вес, более высокую термодинамическую эффектив ность, характеризуемую параметром газа R^TK, а также будет
удобнее и надежнее в эксплуатации и т. д. Чем больше значение
RvTK, тем меньше потребный запас вспомогательного топлива для га-
550 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД
зогенерации, тем меньше емкости для этого топлива и вес всей си стемы.
Сравнение различных систем газогенерации между собой по ве
личине параметра при одинаковых рабочих давлении и темпе ратуре получаемого газа показывает, что наименьшую термодина мическую эффективность имеет способ генерации газа при больших коэффициентах избытка окислителя. Эффективность получения по роховых газов почти равноценна получению парогаза из перекиси водорода 80—90 %-ной весовой концентрации. Эффективным яв
ляется также способ получения газа путем сжигания основных компонентов топлива при высокой температуре и последующего сни жения этой температуры до нужного предела впрыском в газ не которого количества воды. Но этот способ, как уже отмечено выше, в конструктивном и эксплуатационном отношениях практиче ски недостаточно освоен. Наиболее эффективно получение газа из основных компонентов топлива при малом значении коэффи циента избытка окислителя или из однокомпонентного жидкого топлива типа окиси этилена. Практическое осуществление этих двух способов газогенерации не встречает принципиальных конструк
тивных и эксплуатационных трудностей.
Поскольку ресурс работы турбины ЖРД небольшой, то в ряде
случаев может быть оправдано использование в ней газа повы шенной температуры. Газ более высокой температуры целесообраз но получать из основных компонентов топлива с малым коэффици
ентом избытка окислителя или из вспомогательного жидкого одно компонентного топлива, имеющего хорошие эксплуатационные
иэкономические характеристики.
§9. Определение мощности турбины ТНА и секундного
расхода газа для ее питания
Вряде современных ЖРД подача топлива в камеру двигателя,
аиногда и в газогенератор системы топливоподачи осуществляется
центробежными насосами, которые имеют прямой привод от газо вой турбины и значительно отличаются от стационарных насосов по конструкции, качеству материалов, из которых они изготовлены, точности и тщательности изготовления. Турбина обычно монти
руется между основными центробежными насосами на одном валу
сними.
Взависимости от принятой принципиальной! схемы ЖРД топ ливные насосы могут обслуживать или только камеру двигателя при особом индивидуальном питании газогенератора системы fonливоподачи (подобно двигателю А-4) или камеру двигателя и од новременно газогенератор системы топливоподачи. Турбонасосный агрегат и газогенератор также могут обслуживать одновременно
несколько камер ЖРД.
55'2 Гл. 10. Проектирование и расчет систем, топливоподачи ЖРД
Одноступенчатые центробежные топливные насосы существую
щих ЖРД имеют Цн-г^О,454-0,70 и т|н.о«^0,564-0,75. Для авиацион ных двигателей малой тяги т^=0,34-0,4.
При проектировании ТНА для двигателя значениями к. п. д.
насосов нужно задаваться на основании данных статистики.
Необходимое давление подачи данного компонента |
топлива |
в камеру сгорания двигателя в случае нагнетательной |
системы |
выражается формулой |
|
Рп^Л + ДРн+Рвс. |
(10.73) |
Расход топлива в турбину ТНА системы топливоподачи двига |
|
теля можно определить из уравнения мощности турбины |
|
Л’т= Д/т427т]тОт KZMjceK, |
|
т. е. |
|
(7Т = ——— кг!сек, |
(10.74) |
тД/т427т|Т
где цт —относительный эффективный к. п. д. турбины, определяе
|
мый тепловым расчетом; обычно цт |
354-0,50. |
|||||
д/т — перепад энергосодержаний 1 |
кг газа в турбине вккал'кг, |
||||||
|
определяемый по формулам: |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
fe-1 |
|
|
|
|
д/т = /1-/2=^ A/^i |
|
\ |
* |
|
|
|
|
|
К — 1 |
|
Р\ / |
|
|
|
|
= ср7\ |
1 |
ккал.кг, |
|
|
|
здесь /j |
и |
/2 —энергосодержание газа |
соответственно на входе |
||||
|
|
в турбину и выходе из нее, значения которых |
|||||
|
|
могут быть взяты из имеющихся таблиц расчетов |
|||||
|
|
горения и равновесного истечения продуктов сго |
|||||
/?! |
и |
рания при заданных |
условиях |
данного топлива; |
|||
—газовая |
постоянная |
и |
абсолютная |
температура |
|||
Р\ |
|
газа на входе в турбину; |
|
и выходе из |
|||
и />2 —давление |
газа на входе |
в турбину |
|||||
|
|
нее вата; |
|
|
|
|
|
ср — средняя теплоемкость газа при постоянном давле нии в ккал'кг °C.
Потребное количество перекиси водорода данной весовой кон центрации для работы системы топливоподачи в основном зависит от давления в камере сгорания двигателя и удельного веса пода ваемого топлива.
На фиг. 10. 24 приведены кривые для приближенной оценки рас хода перекиси водорода 80 %-ной концентрации на 1 кг расхода ос