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

гатов и т. и.);

5)компенсировать разброс характеристик системы топливопо­ дачи (насосов, редуктора давления и т. п.);

6)упростить эксплуатацию и повысить надежность работы дви­ гателя;

7)расширить диапазон устойчивой работы двигателя при регу­ лировании тяги изменением расхода топлива в камеру.

Система регулирования ЖРД подобно другим системам регу­ лирования представляет собой составленную определенным обра­

зом группу звеньев, и если какое-нибудь звено рассчитано непра­

вильно, то вся система может оказаться неэффективной.

Каждый элемент системы должен быть выбран и рассчитан не

только с учетом пригодности его для определенной функции, но и совместной работы его с упругими элементами.

На элементы, удовлетворяющие требуемым характеристикам, накладываются определенные физические ограничения. Некоторые

параметры даже относительно неизменных элементов могут быть

изменены в небольших пределах. Окончательное закрепление этих параметров должно быть основано на оценке их влияния на харак­ теристику всей системы. Изменяемые элементы, система регулиро­ вания должны быть рассчитаны так, чтобы удовлетворить переход­ ным характеристикам и обеспечить динамическую устойчивость двигателя.

Объект, работа которого полностью или частично автоматиче­ ски регулируется, называется регулируемым объектом, а отдель­ ные величины, подлежащие регулированию, — регулируемыми величинами.

Главными элементами регулируемого ЖРД являются: камера сгорания, топливные насосы, магистрали топлива, турбина, клапа­ ны регулирования расхода и регулятор тяги.

Характеристики турбины, насосов, магистралей и камеры сгора­ ния большей частью бывают заданы, поскольку их параметры определяются назначением и тягой двигателя, родом топлива и применяемыми материалами.

Основными элементами системы регулирования являются регу­ ляторы. Сигнал, вызванный изменением регулируемой величины, воздействует на регулятор, а последний в свою очередь через ре­ гулирующий орган — на изменение регулируемой величины. Звено, замыкающее в каком-либо месте цепь воздействия, называется главной или основной обратной связью.

В зависимости от требований, предъявляемых к рабочему про­ цессу двигателя, регулятор должен поддерживать значение регули­

уровне или изменять его по определенной, также заданной зависи­ мости. В последнем случае имеет место так называемое программ­ ное регулирование.

Объект и регулятор образуют замкнутую систему автоматиче­ ского регулирования. На заданном объекте может регулироваться одна или несколько величин (параметров).

Системы автоматического регулирования с несколькими регу­ лируемыми величинами делятся на системы несвязанного и свя­

занного регулирования. Системами несвязанного регулирования

называются такие, в которых регуляторы, служащие для регулиро­ вания различных величин, не связаны между собой и могут взаимо­

действовать только через общий для них объект. Системами свя­

занного регулирования называются такие, в которых регуляторы различных регулируемых величин имеют друг с другом взаимные связи, осуществляющие взаимодействие между ними вне объекта регулирования.

Процесс регулирования может быть непрерывным или периоди­ ческим. Принципиальное техническое решение обычно представ­ ляется в виде системы регулирования с обратной связью.

При проектировании к системе регулирования ЖРД предъявля­ ются следующие основные требования.

1.Высокая степень регулирования при минимально возможном числе элементов системы и расходе энергии на ее обслуживание.

2.Высокая надежность работы системы при запуске двигателя,

при переходных и расчетном режимах.

3.Устройства, выполняющие аналогичные функции, например

турбонасосные агрегаты, клапаны регулирования подачи компо­ нентов топлива и пр., должны иметь непосредственную механиче­ скую связь.

4.Поскольку потребная мощность для обслуживания системы регулирования ЖРД может быть значительной в связи с наличием больших топливных дросселирующих клапанов, работающих при высоких давлениях и больших скоростях, то для регулирования же­ лательно использовать простейшие гидромеханические системы; применение электроэнергии следует свести до минимума, а также должно быть ограничено использование воздуха в качестве источ­ ника энергии, чтобы устранить необходимость или уменьшить по­ требность в баллоне высокого давления.

5.В целях уменьшения веса ЖРД и упрощения его конструк­ ции по мере возможности должны быть исключены из системы ре­ гулирования вспомогательные силовые системы (пневматические, электрические и гидравлические); в максимальной степени необхо­

димо использовать возможности установки органов регулирования

пусковых режимов двигателя непосредственно на пусковом станке снаряда.

604 Гл. 11. Режимы ЖРД и автоматическое регулирование их работы

Выбор метода регулирования работы ЖРД зависит от предъ­ являемых к двигателю требований, например, таких, как постоян­ ство соотношения компонентов топлива при подаче их в камеру двигателя, постоянство давления в камере сгорания или изменение его по заданной программе и др.

Соотношение компонентов топлива обычно регулируют кали­ бровкой гидравлических систем двигателя и опытной подгон­ кой сопротивлений систем для компенсации технологических допу­ сков.

В стартовых и дополнительных самолетных ЖРД топливо обычно подается из главной системы самолета. В этих случаях дли­

тельность работы двигателя и величина тяги не являются главны­ ми факторами для характеристик самолета. Поэтому для таких двигателей специальное регулирование состава топливной смеси дозированием ее компонентов не требуется.

Соотношение компонентов топлива обычно регулируют в тех случаях, когда важно, чтобы снаряд к моменту израсходования всего топлива в баках получил максимально возможную скорость, ибо поддержание заданного соотношения компонентов во время работы двигателя гарантирует наиболее полное использование энергии топлива при большей динамической устойчивости работы.

На изменение состава топлива от расчетного оптимального зна­ чения влияет ряд причин, как то:

а) изменение плотности компонентов вследствие изменения их температуры во время полета в результате воздействия на них атмосферных условий;

б) действие ускорения снаряда во время полета на систему

топливоподачи двигателя (фиг. 11.6 и 11.7);

в) колебание давления подачи компонентов топлива вследствие разбросов характеристик насосов и допусков на изготовление ча­ стей конструкции системы топливоподачи и др.

Если во время работы двигателя не поддерживать постоянное расчетное соотношение компонентов топлива, то нарушатся усло­ вия и полнота их сгорания и уменьшится скорость истечения газов из сопла двигателя, что снизит его РуД, и к моменту окончания ра­ боты двигателя в баках останется некоторое количество одного из компонентов. Последнее вызовет увеличение конечного веса снаря­ да и тем ухудшит его весовую отдачу. Одновременно с этим умень­ шится время работы двигателя, что приведет к уменьшению его суммарного импульса.

Для поддержания постоянства соотношения компонентов топ­ лива и одновременной выработки их из баков существуют следую­ щие три схемы регулирования работы ЖРД.

1. Датчик давления газов в камере сгорания двигателя связан

посредством преобразователя и усилителя с сервоклапанами, уста­ новленными на магистралях горючего и окислителя. В случае изме­ нения давления газов в камере сгорания в результате нарушения

606 Гл. 11. Режимы ЖРД и автоматическое регулирование их работы

рактеристик снаряда сравнительно с недостатком горючего. Про­ стыми расчетами можно установить, что при последовательном

расположении топливных баков на снаряде соотношение компонен­ тов топлива после старта возрастает, а затем убывает, и в конце

Фиг. 11.8. Влияние отклонения соотношения компонентов

топлива' от расчетного значения Урасч на скорость в конце

активного участка Укон и полную высоту полета снаряда

На (топливо—этиловый спирт+жидкий кислород).

а—область избытка горючего, b—область избытка окислителя.

работы двигателя его значение становится ниже стартового; это может дать отклонение от расчетного соотношения в области бед­

На фиг. 11.9 показана принципиальная схема системы автома­ тического регулирования соотношения компонентов топлива, изме­ няющегося под влиянием ускорения полета сна-ряда.