§ 2. Запуск и остановка ЖРД |
617 |
Особенно опасно скопление в камере сгорания обоих компонентов^
так как смеси горючего и окислителя, применяемые в ЖРД, явля ются взрывчатыми. Если к началу воспламенения в камере сгора ния скопится большое количество горючей смеси, то при пуске дви
гателя давление газов повысится внезапно до весьма большой ве
личины, т. е. произойдет хлопок чрезмерной силы, который может
привести к разрушению камеры.
Для предупреждения этого пусковая система двигателя должна
обеспечить воспламенение компонентов топлива не более чем через
0,03 сек. после поступления их в камеру сгорания.
Чтобы скопление горючей смеси в камере сгорания в момент запуска не было большим, в двигателях больших тяг пусковой рас ход компонентов топлива приходится принимать значительно мень
ше основного расхода, т. е. вводить ступенчатую подачу компонен тов топлива в камеру сгорания с выходом на следующую ступень
после того, когда двигатель нормально вышел на первую ступень работы. В двигателе А-4 предварительная ступень тяги равна 8 т.
Ступенчатым называется запуск двигателя с предварительным
воспламенением небольшого расхода топлива и с последующим пе реходом на иодный расход.
Величина пускового расхода топлива в каждом конкретном слу чае определяется периодом задержки воспламенения компонентов топлива и характером нарастания давления газов в камере сгора ния. Достаточно устойчивую работу двигателя (без значительных колебаний и хлопков) практически можно получить, если первона чальный расход горючей смеси составляет не менее 20—30% от общего расхода его в камеру сгорания. В некоторых случаях этот расход может быть и ниже указанного, что определяется типом системы запуска..
Плавное нарастание давления в камере сгорания при запуске двигателя также можно получить, постепенно изменяя состав топ лива, как при пушечной схеме запуска.
2. При запуске двигателя должен строго соблюдаться порядок поступления компонентов топлива в камеру сгорания. Желательно,
чтобы компоненты топлива поступали в камеру сгорания одновре
менно, но так как практически осуществить это невозможно из-за несовершенства синхронизации пусковой автоматики двигателя, то обычно допускается опережение подачи в камеру сгорания одного из компонентов топлива на доли секунды.
Очередность поступления компонентов топлива в камеру сгора ния у разных двигателей может быть различной и зависит от си
стемы зажигания при запуске, способа смесеобразования и рода самих компонентов топлива.
Последовательность поступления компонентов топлива в каме ру, необходимая для нормального запуска двигателя, может быть-
§ 2. Запуск и остановка ЖРД, |
619 |
В случае многократно используемых двигателей ресурс их си |
|
стем запуска и регулирования должен быть увеличен |
соответст |
венно потребному сроку службы.
Осуществляя запуск ЖРД больших тяг только у земли, мы тем самым упрощаем конструкцию двигателя и уменьшаем его вес, так как органы зажигания и механизмы раскрутки турбины для за пуска двигателя (стартеры) могут быть конструктивно отделены от
двигателя и входить в комплект наземного оборудования стартовой площадки.
Стартеры необходимы в тех случаях, когда турбины питаются насосами, приводимыми самой турбиной. В этом случае запуск и система регулирования оказываются много сложнее. Однако авто номная система пуска и управления двигателя сжатым воздухом неприменима для мощных двигателей, расходующих большие ко личества топлива, ввиду ее тяжеловесности и громоздкости. По этому для двигателей с тягой свыше 50 т, очевидно, должна быть принята более совершенная схема самообслуживания турбины, не требующая расхода воздуха.
Так как заданная тяга ЖРД может меняться ступенями, то особое требование к системе управления двигателя в этом случае
заключается в том, чтобы она обеспечивала строго определенный закон изменения тяги и выключение двигателя тогда, когда это требуется по условиям полета снаряда.
4. Процессы запуска и остановки двигателя должны быть пол ностью автоматизированы, эксплуатировать его может только высо коквалифицированный персонал.
В зависимости от условий эксплуатации и конструкции ЖРД
двигатель останавливается либо после закрытия отсечных клапа нов подачи компонентов топлива, либо после полного израсходова ния топлива из баков. В некоторых случаях производится ступен
чатая остановка двигателя, т. е. двигатель сначала переводится на меньшую тягу и только после этого он выключается полностью.
При остановке двигателя, так же как и при запуске, нельзя допускать скопления компонентов топлива в камере сгорания. Скопление компонентов топлива в камере сгорания после остановки двигателя возможно вследствие медленного подтекания их в виде остатков из различных полостей трубопроводов и отсечных клапа нов, а также из-за неплотного закрытия последних. Скопившееся
вгорячей камере сгорания топливо может внезапно воспламениться
идать хлопок большой силы, нередко приводящий к взрыву двига
теля. Для уменьшения скопления компонентов топлива необходимо ставить отсечные клапаны возможно ближе к форсункам. Кроме того, конструкция этих клапанов должна гарантировать полную от сечку подачи компонента.
Для надежной остановки двигателя, т. е. избежания скопления
компонентов топлива в горячей камере сгорания и взрыва их после
остановки двигателя, камеру продувают воздухом или азотом.
620 Гл. 12., Некоторые вопросы эксплуатации ЖРД
При стендовых испытаниях после остановки камеру продувают обычно воздухом из дополнительных магистралей, имеющихся на стенде. Продувка двигателей может также производиться одним из компонентов топлива или в случае вытеснительной системы топ ливоподачи — газом, вытесняющим компоненты топлива из баков в камеру сгорания.
Давление воздуха для продувки должно превышать рабочее дав ление компонентов топлива в коммуникациях на 0,5—1,0 атм.
Высокое качество горючей смеси, совершенная конструкция дви
гателей и технически грамотная эксплуатация их исключают слу чаи взрывов ЖРД и дают возможность работать на них с высокой степенью надежности.
Случаи взрыва двигателей из-за их недостаточной прочности или неудовлетворительного охлаждения обычно носят эпизодиче ский характер и объясняются либо недоброкачественным выполне
нием сварных швов оболочек камеры сгорания и сопла, либо отступ лениями от технических условий на их изготовление.
В трубопроводах должен быть предусмотрен дренаж как для освобождения от компонентов топлива, так и для удаления из них воздушных пробок. Они должны иметь высокую прочность и эла
стичность при отсутствии участков с резким изменением направле ния движения жидкости, способных вызвать гидравлические удары
всистеме и разрывы.
§3. Пушечный запуск ЖРД на самовоспламеняющихся
компонентах топлива i
Для вывода азотнокислотных ЖРД зенитных снарядов на ра бочий режим иногда применяется так называемый «пушечный» за
пуск двигателя (подобно немецкому снаряду «Тайфун»), При таком запуске двигателя в топливных баках вначале со
здается давление, равное или близкое к рабочему давлению подачи. После этого разрываются мембраны или быстро открываются от сечные клапаны, преграждающие доступ компонентов топлива в камеру сгорания до запуска двигателя.
Под действием давления компоненты топлива устремляются из
баков в порожние участки трубопроводов и в полости головки ка
меры двигателя. Один из компонентов проходит также через охлаж дающий тракт камеры. При этом жидкости движутся в коммуника циях системы с колеблющимися скоростями вследствие местных сопротивлений и столкновения на пути с воздухом и газом, обра зующимися при сгорании пиропатронов, прорывающих мембраны. Средние скорости течения жидкостей меняются по времени в зави
симости от конструкции коммуникаций двигателя и расположения
1 Вопросы ракетной техники, 1957, №' 1, ИЛ, Экспресс-информация АН СССР, выгт. 18 РТ-53, 1957.