§ 4. Преимущества и недостатки ЖРД |
33 |
5) удобство сопряжения двигателя с боевым аппаратом вслед ствие относительно небольших габаритных размеров;
6) возможность получения относительно больших скоростей и высот полета, недоступных для ВРД (снаряд дальнего действия А-4 на высоте 35—37 км имел скорость полета около 1520 м!сек =
=5 500 км!час};
7)не требуется специальный двигатель для запуска.
Подобно другим типам двигателей ЖРД позволяют осуществ лять многократные запуски и регулирование силы тяги изменением
секундного расхода топлива в камеру сгорания.
Основными недостатками ЖРД являются:
1) низкая экономичность работы при небольших скоростях по лета (большой удельный расход топлива);
2) кратковременность работы двигателя, обусловленная весьма
большим удельным расходом топлива ( до 15—20---------------------- |
кг тяги |
); |
\ |
/ |
3)незначительный ресурс работы двигателя (от 2,5 сек. до 2 час. вместо 50—-300 час. ВРД и 100—350 час. поршневых двигателей);
4)с увелйчением дальности полета за счет увеличения запаса топлива в баках снижается полезная нагрузка боевого аппарата;
5)необходимость иметь на летательном аппарате жидкий окис литель горючего, обращение с которым часто связано с большими трудностями.
Указанные преимущества и недостатки ЖРД определили обла сти их применения.
Однако по сравнению с двигателями других типов эти достоин ства и недостатки данного ЖРД можно наиболее полно выявить лишь при рассмотрении конкретных условий его работы, как то:
тяговой программы, высоты и скорости полета и т. д.
Внекоторых случаях (при небольшой продолжительности
работы, малой тяге, в Особых областях применения) с ЖРД
может успешно конкурировать пороховой ракетный двигатель
(ПРД).
К достоинствам ПРД относятся прежде всего простота его кон струкции и способа зарядки топливом, постоянная готовность к дей ствию, надежность в работе, дешевизна, меньший удельный вес, не значительная зависимость конструкции от типа боевого аппарата и широкое применение в самых разнообразных областях современ ной техники. К тому же работа порохового двигателя не зависит от маневра снаряда и ускорения его в полете.
Твердые топлива (пороха) имеют несколько меньший, чем у.жидких топлив, удельный импульс и более дороги, но зато их пре имуществом является значительно больший удельный вес. Пороха
по сравнению с |
жидкими топливами более надежны и безопасны |
|
в эксплуатации. |
Они лучше сохраняются в течение |
длительного |
хранения при любой атмосферной температуре, не |
ядовиты, не |
|
агрессивны по отношению к металлам, готовы к употреблению в лю
3 371
34 |
Гл. 2. Общие характеристики ЖРД |
бой момент, не требуют каких-либо длительных и сложных приго товлений перед применением и т. п.
Однако весовые характеристики пороховых двигателей могут быть лучшими по сравнению с ЖРД только при малой продолжи
тельности их работы. При продолжительности работы более 20 сек.
ЖРД обладают меньшим |
отношением |
веса двигателя (включая |
|||
и топливо) |
к развиваемой тяге, |
чем ПРД. Даже при одинаковой |
|||
„ |
, г, „, _ |
кг |
тяги |
\ |
весовые характеристики |
удельной тяге (Руд = 215 --------------------- ) |
|
||||
кг топлива]сек /
ПРД могут быть сравнимы с ЖРД толь
Фиг. 2. 1. Приближенное сравнение весовых характе ристик (включая и топливо) ПРД и ЖРД при различной продолжительности работы.
ко при времени, работы порядка 26 сек. (фиг. 2. 1). При меньшей продолжитель ности работы ПРД имеют лучшие весовые и тяговые характеристики, чем ЖРД, так как они при данном весе заряда обеспечи. вают повышенную тягу без пропорцио
нального увеличения веса сухой конструк
ции. К тому же вследствие меньшего отношения веса к тяге ПРД позво ляют получить большие ускорения сна ряда.
Другой основной причиной, ограничи вающей применение пороховых ракетных снарядов в ряде случаев, являются высо кая стоимость пороха, большие размеры пороховой камеры при значительном вре мени работы и возникновение неустой
чивого, резонансного горения пороха в длинных камерах малого диаметра, когда по камере текут горячие пороховые газы с боль шими скоростями.
|
Таблица 2.1 |
Тип двигателя |
Максимально достижи |
мая скорость полета |
|
|
км[час |
Поршневые |
600 |
Турбовинтовые |
900 |
Турбореактивные |
2 000 |
Прямоточные ВРД |
6 000 |
Пороховые РД |
28 000 |
Жидкостные РД |
50 000 |
Термоатомные РД |
100 000 |
Электроионные РД |
500 000 |
Фотонные РД |
300-106 |
§ 5. Области применения ЖРД |
35 |
В табл,2.1 приведены ориентировочные значения |
практически |
максимально достижимых скоростей полета летательных аппаратов в зависимости от используемых типов двигателей
§ 5. Области применения ЖРД
Жидкостные ракетные двигатели имеют весьма обширные обла сти применения.
Внастоящее время ЖРД в основном используются для:
1)неуправляемых и управляемых в полете снарядов (зенитных,
'ближнего и дальнего действия, космических и др.); 2) самолетов-истребителей в качестве основной силовой уста
новки и самолетов-бомбардировщиков в качестве двигателей-уско рителей, предназначенных для кратковременных маневров самоле
та, увеличения горизонтальной и вертикальной скоростей полета
и высотности.
Сравнительно ограниченное применение ЖРД имеют в метеоро
логических снарядах, гоночных автомобилях и мотоциклах, грузо
вых автомашинах, предназначенных для работы на плохих просе лочных и горных дорогах (для облегчения движения автомашины).
Неуправляемые жидкостные ракетные снаряды (НРС) приме няются главным образом в качестве тактического оружия для
стрельбы на ближние дистанции.
Управляемые жидкостные ракетные снаряды (УЖРС) по внеш нему виду в основном похожи на неуправляемые снаряды и в по лете управляются при помощи специальных приборов. Эти снаряды
могут быть использованы для стратегических целей как средства ПВО и для проведения научных исследований мирового простран ства. Такие снаряды имеют весьма различные назначения («земля— земля», «земля—воздух», «земля—вода», «воздух—воздух» и пр.).
Поскольку в этих снарядах направление полета корректируется приборами, то кучность стрельбы в этом случае значительно превы шает кучность стрельбы неуправляемыми жидкостными и порохо выми ракетными снарядами.
Дальность и высота полета одноступенчатых УЖРС без старто вых двигателей ограничиваются трудностями конструирования этих снарядов при высоких отношениях веса сухой конструкции и полез
ного груза к полному стартовому весу снаряда и сравнительно низ кой эффективностью применяемых топлив.
Самолеты с ЖРД в качестве основных двигателей по сравнению
с самолетами, имеющими двигатели других типов (ВМГ, ТВРД, ТРД и ПРД), обладают преимуществами в отношении потолка, ско рости полета и скороподъемности.
В настоящее время самолет с этим двигателем является един ственным летательным аппаратом, позволяющим совершить полет
1 Экспресс-информация АН СССР, вып. 8, РТ-23. 1958. 3*
36 |
Гл. 2. Общие характеристики ЖРД |
на исключительно больших высотах и с очень большими, скоростя ми. Однако большой секундный расход топлива в ЖРД ограничи вает дальность, продолжительность полета и другие важные харак теристики самолета. К тому же средства увеличения дальности са молета с этим двигателем не являются многообещающими. Поэто му ЖРД целесообразно применять только для самолетов, предна значенных для кратковременных полетов и больших высот.
Ракетные двигатели обусловили возможность завоевания меж планетных пространств. Однако решение этой задачи еще потре бует огромного труда по линии увеличения к. п. д. двигателей, ис пользования наиболее эффективных трудно эксплуатируемых жидких топлив, конструирования снарядов с максимальным отно сительным содержанием топлива, с использованием схем составных снарядов и т. п.
Атомные реактивные двигатели будут применяться без ограни чений как для взлета с Земли, так и для полетов вне ее, при усло вии, что удовлетворительно будут решены основные вопросы, свя занные с их созданием.
§ 6. Требования, предъявляемые к двигателям боевых
аппаратов
К двигателям боевых аппаратов предъявляются следующие ос новные требования:
1)компактность и простота конструкции, дешевизна массового производства и эксплуатации;
2)автоматичность работы и герметичность топливоподающих
устройств;
3)небольшие удельный вес и габариты двигателя заданной
тяги;
4)постоянная боевая готовность к пуску в интервале темпера
тур от —40 до +50° С;
5)надежность запуска, работы и остановки;
6)хорошая приемистость — стабильное нарастание тяги (для
снарядных двигателей время выхода на режим 90% номинальной тяги не должно превышать 1—3 сек., считая от момента подачи пу скового электрического импульса);
7)высокая экономичность работы (возможно большее значение удельной тяги);
8)процесс сгорания топлива в камере двигателя должен быть динамически устойчивым в заданном диапазоне тяг, при маневрах боевого аппарата и возмущениях во время полета;
9)постоянство создаваемой тяги на установленном режиме ра
боты;
10)возможность остановки двигателя до израсходования запа
са топлива в баках (в случае необходимости);
$ 6. Требования к двигателям боевых аппаратов |
37 |
11) возможность длительного хранения двигателя, заправлен ного топливом, и перевозки его на автомашинах или на железнодо рожном транспорте (это особенно важно для двигателей зенитных снарядов и воздушных торпед);
12)материалы двигателя и его антикоррозионные покрытия
должны допускать его длительное хранение;
13)удобство монтажа двигателя с боевым аппаратом и др. Этот перечень требований в одинаковой мере относится к дви
гателям одноразового действия (зенитным и дальнобойным управ ляемым снарядам и др.) и многоразового (авиационного типа).
К авиационным двигателям многоразового действия, ускорите лям и стартовым двигателям предъявляются следующие дополни тельные требования.
а) К двигателю многоразового действия:
1)возможность запуска на любой высоте полета в течение не более 3 сек.;
2)возможность не менее 6—7 запусков в полёте;
3)регулирование тяги в пределах до 0,1 от максимального зна
чения;
4)управление работой от одного рычага;
5)ресурс работы должен быть не менее 2 час.
б) К ускорителям автономных двигателей:
1) возможность запуска на любой высоте в течение не более
3сек.;
2)возможность не менее 3—4 запусков в полете;
3)регулирование тяги (в случае необходимости) до 0,3 от ма ксимального значения;
4)ресурс работы камеры сгорания должен быть не менее 1 часа. в) К стартовым двигателям:
1)возможность синхронного пуска нескольких параллельно ра; ботающих двигателей;
2)возможность сбрасывания на землю на парашюте после окончания работы.
Старт неуправляемых зенитных и баллистических снарядов и сообщение им начального ускорения полета возможны посред
ством применения порохового заряда в камере сгорания маршево
го ЖРД.
Приведенный перечень требований в общем вполне выполним
и к тому же он достаточно полно характеризует эксплуатационные
возможности двигателей различного назначения.
В каждом отдельном случае к двигателю могут быть предъ явлены и другие дополнительные требования.
При проектировании азотнокислотных двигателей необходимо дополнительно учитывать весьма большую ядовитость, коррозион ные свойства азотной кислоты и непрерывное испарение (дымле ние) ее. Установка на боевом аппарате азотнокислотного двигате ля и баков требует специального подхода, обеспечивающего пол