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

582 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД

ра с целью установления необходимого соотношения компонентов топлива; запускают двигатель раскруткой турбонасосного агрега­ та давлением горячих газов от газогенератора твердого топлива

или сжатого газа от баллона, установленного на борту снаряда или

на стартовой площадке.

Запуск современных ЖРД обычно осуществляется при помощи программного механизма, в котором предусмотрена блокировка

операций, позволяющая, в частности, автоматически выключить двигатель, если при его запуске будет обнаружена неполадка в ра­ боте отдельного узла системы.

Органы управления пусковых режимов для управляемых снаря­ дов предпочтительнее устанавливать на пусковых установках

с целью уменьшения веса двигателя.

Настройку ЖРД для работы на номинальном соотношении ком­ понентов топлива производят калибровкой узлов гидравлических систем двигателя и опытной подгонкой сопротивлений систем для компенсации технологических допусков.

Величину необходимых поправок обычно определяют по данным гидравлических испытаний на воде двигателя с последующим пе­ ресчетом полученных результатов этих испытаний на эквивалент­ ные перепады компонентов топлива.

Эти операции принято называть настройкой двигателя на опти­ мальные параметры работы (технической регулировкой двига­ теля.)

Изменяя проходные отверстия расходных шайб, можно изме­ нять величины гидравлических сопротивлений в магистралях горю­ чего и окислителя и получать требуемые давления, секундные рас­ ходы и соотношения компонентов топлива, поступающих в камеру двигателя для системы топливоподачи и т. п.

Уравнения настройки составляют применительно к конкретной конструкции двигателя. Поправки к исходным величинам потерь давления в расходных шайбах обычно определяют по специальным

графикам, дающим зависимость поправок от величин соответст­ вующих параметров. По специальным графикам также определяют

диаметры проходных шайб в зависимости от требуемых перепадов давлений. Численные значения коэффициентов, входящих в урав­ нения настройки, вычисляют на основе расчетов по определению влияния соответствующих агрегатов двигателя на тягу и соотно­ шение компонентов топлива.

Принцип настройки двигателя с ТНА состоит в том, что любое

отклонение гидравлических параметров, характеризующих работу турбонасосного агрегата, а также клапана постоянства давления, от номинальных значений также компенсируется изменением со­ противления проходных шайб в магистралях топливной системы.

В частности, меняя размеры расходных шайб в магистралях топ­ ливных насосов, можно изменить давление подачи, производитель­

ность, потребляемую мощность й добиться, таким образом, уста-

584 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД

уравнению Бернулли для неустановившегося потока, а также по уравнениям баланса массы и момента количества движения.

При этом неустойчивость работы двигателя, связанную с горе­ нием топлива в камере сгорания (динамическая неустойчивость

работы двигателя), обычно не рассматривают, так как полный ана­ лиз ее представляет большие трудности.

Двигатель, настроенный на оптимальный и устойчивый режим работы при помощи расходных шайб или других элементов систе­ мы топливоподачи, будет работать на таком режиме только при ус­

ловии постоянства секундных расходов компонентов топлива в ка­ меру двигателя и их параметров (давления, температуры, соотно­ шения компонентов и др.).

Характеристики двигателя, настроенного при статических испы­ таниях, в условиях полета снаряда будут отличаться от номиналь­ ных значений вследствие ряда факторов, влияющих по тем или иным причинам на рабочие параметры двигателя—давление по­ дачи и секундные расходы компонентов топлива в камеру и т. п.

(см. § 11 гл. 4).

Эти отклонения основных характеристик двигателя от номиналь­ ных значений в условиях полета могут существенно влиять на лет­ ные характеристики боевого аппарата (на скорость в конце актив­ ного участка, дальность полета и т. п.).

Для обеспечения малого разброса основных характеристик дви­ гателя во время полета (для поддержания необходимого режима работы или его изменения по определенному закону) и улучшения летных характеристик снаряда требуется точная и сложная си­ стема автоматического регулирования двигателя. Например, мож­ но снизить влияние разности инерционного давления компонентов топлива во время полета снаряда на их соотношение, установив

в магистраль окислителя специальный автоматический дроссельный клапан; при наличии в системе подачи ТНА вместо дросселя может оказаться целесообразной установка перепускного клапана.

§ 15. Сравнение различных схем систем топливоподачи ЖРД

При проектировании ЖРД заданного назначения одной из са­ мых сложных задач является рациональный выбор схемы системы топливоподачи.

В большинстве случаев наиболее тяжелой частью двигателя яв­ ляется система топливоподачи, которая вместе с автоматикой обеспечивает режим пуска и остановки двигателя. Чем меньше вес системы топливоподачи двигателя при прочих равных условиях, тем большую дальность полета может иметь снаряд с этим двигателем.

Систему топливоподачи ЖРД обычно выбирают после сравне­ ния различных систем по их влиянию на характеристики снаряда, в первую очередь по их весу и экономичности работы, а во вто­

рую—по конструктивной сложности и стоимости.

На фиг. 10. 12 приведены сравнительные графики удельных ве­ сов различных схем вытеснительной системы топливоподачи, из которых видно преимущество схем с аккумуляторами горячего газа

ПАД и ЖАД, имеющих на 20—30% меньший удельный вес, чем схемы с обычным ВАД-1 (без подогрева воздуха перед подачей в топливные баки). Вытеснительная система с ВАД-2 (с подогре­

вом воздуха) занимает промежуточное положение между другими схемами топливоподачи с горячим газом.

Различные схемы турбонасосной системы топливоподачи отли­ чаются друг от друга в основном экономичностью, которая зависит

от термодинамических параметров используемого в турбине паро­ газа, а также некоторой конструктивной сложностью и стоимостью. Сравнение показывает явное преимущество парогаза высокой тем­

пературы, особенно при дожигании его после турбины.

Различные схемы системы топливоподачи можно сравнивать также по величине отношения веса системы топливоподачи G„.p к абсолютной тяге двигателя Р, т. е. по так называемому удельному весу системы подачи по тяге двигателя:

При увеличении времени работы двигателя удельный вес всех систем топливоподачи возрастает почти по закону прямой линии, причем наибольшее возрастание имеет система с ВАД-1 и наимень­ шее— с ТНА. При увеличении тяги двигателя удельный вес ус.п вы­