Жидкостные реактивные двигатели

Лекция 6
1. Общее устройство ЖРД.
2. Топлива ЖРД.
3. Камера сгорания.
4. Сверхзвуковые сопла.
5. Системы подачи топлива.
6. Высотная характеристика двигателя.
7. Способы регулирования тяги.

1. Общее устройство ЖРД.

Основными конструктивными элементами двигательной установки с ЖРД (рис. 1) являются камера двигателя, баки с жидкими компонентами топлива и система подачи топлива. Камера двигателя состоит из головки с форсунками, камеры сгорания и сопла.
Топливо, подаваемое из баков в камеру сгорания, распыляется с помощью форсунок, перемешивается, испаряется и воспламеняется. В результате сгора¬ния топлива образуются газообразные продукты, имеющие высокую темпера¬туру, истечение которых из сопла является причиной возникновения реактив¬ной тяги двигателя.

Рис. 1 Основные конструктивные элементы двигательной установки с ЖРД:
1 – горючее; 2 – окислитель; 8 – баллон со сжатым воздухом; 4 – редуктор; 5 – камера сгорания; б – головка с форсунками; 7 – сопло.

2. Топлива ЖРД.

В ЖРД применяются обычно химические топлива, состоящие из двух ве¬ществ – горючего и окислителя. Если горючее и окислитель до поступления в камеру сгорания находятся в смешанном между собой состоянии, то такое то¬пливо называется смесевым однокомпонентным. Если атомы окислитель¬ных и горючих элементов входят в состав одной молекулы, то такое топливо называ¬ется простым однокомпонентным, или унитарным. Если горючее и окисли¬тель находятся в раздельном состоянии до подачи в камеру сгорания, то такое топливо и называется двухкомпонентным.
Наиболее широкое применение в настоящее время нашли две основные группы топлив, различающиеся по характеру:
а) топлива на основе азотной кислоты и других кислородных соединений азота;
б) топлива на основе кислорода.
Топлива первой группы имеют высокую температуру кипения, поэтому они могут находиться в жидком состоянии при нормальных температурах. Это упрощает их эксплуатацию и позволяет хранить баки летательных аппаратов в заправленном состоянии.
Основным окислителем топлив первой группы является азотная кислота НNО3, которая содержит 76% кислорода, обладает высоким удельной плотно¬сти (1,52 кг/л), имеет низкую температуру замерзания (– 420С) и кипит при +860С.
Недостаток азотной кислоты состоит в ее высокой химической агрессивно¬сти по отношению к большинству конструкционных материалов. Вследствие этого для изготовления баков и арматуры приходится применять нержавею¬щие стали и сплавы алюминия без примесей меди. Другим недостатком явля¬ется ядовитость паров азотной кислоты.
Для улучшения свойств азотной кислоты к ней добавляются различные присадки: серная кислота Н2SО4, уменьшающая агрессивность азотной ки¬слоты по отношению к материалам и улучшающая условия запуска двигателя, а тактике четырехокись азота N2О4, которая увеличивает теплотворную спо¬собность и удельный вес топлива, а также способность топлива к самовоспла¬менению после смешения. Четырехокись азота может и самостоятельно при¬меняться в качестве окислителя, однако она обладает существенным недостат¬ком – высокой температурой замерзания (– 11,20 С).
Горючим для топлив на основе соединений азота может служить керосин, обладающий высокой теплотворной способностью. Керосин легко можно ис¬пользовать в качестве охладителя, он прост в эксплуатации и обеспечен деше¬вой сырьевой базой. Недостатками его является небольшой удельный вес (0,8 – 0,85 кг/л) и необходимость принудительного воспламенения при смешении с окислителями.
В качестве самовоспламеняющихся горючих используются: анилин, диме¬тилгидразин, фурфуриловый спирт, ксилидин, триэтиламин и другие углево¬дороды. По сравнению с керосином они более дороги и дефицитны.
Окислителем второй группы топлив является жидкий кислород О2, кото¬рый содержит 100% окисляющего элемента. Жидкий кислород имеет удель¬ную плотность 1,14 кг/л и кипит при – 1830С, что не позволяет длительно хра¬нить его. Баки для жидкого кислорода изготовляются из нержавеющей стали и алюминиевых сплавов.
В топливах на основе жидкого кислорода в качестве горючих могут быть использованы любые углеводороды, которые образуют несамовоспламеняю¬щиеся низкокипящие топлива. Наивысшую теплотворную способность с жид¬ким кислородом имеет жидкий водород. Однако он имеет малый удельный вес. Кроме того, температура сгорания водорода в кислороде очень высока. Это затрудняет применение такого горючего. Хорошими горючими являются такие: керосин, диметилгидразин и этиловый спирт. У последнего несколько меньшая температура сгорания, что облегчает охлаждение двигателей. Спирт имеет удельную плотность 0,8 кг/л и низкую температуру замерзания (– 117,30С).
Кроме упомянутых двух групп топлив, некоторое распространение полу¬чили топлива на основе перекиси водорода Н2О2. Она применяется или как окислитель (в сочетании со спиртом и с гидразингидратом), или в качестве унитарного топлива. В последнем случае разложение перекиси водорода про¬исходит под воздействием катализатора (перманганата калия или натрия). Пе¬рекись водорода 80% концентрации имеет удельную плотность 1,34 кг/л и замерзает при – 250С. Для баков с перекисью водорода обычно используются нержа¬веющие стали и чистый алюминий.
В перспективе для ЖРД рассматривается применение топлив с повышен¬ной теплотворной способностью и высокой удельной плотностью. Окислите¬лями таких топлив могут служить кислород, фтор, а горючими – водород, ли¬тий, бор, аммиак, бороводороды и др. Теоретические исследования показы¬вают, что химические топлива могут обеспечить удельную тягу до 400 – 450 кГ сек/кГ. Основные характеристики топлив, применяющихся для ЖРД, све¬дены в таблицу 1……….

Скачать полную версию работы

СКАЧАТЬ работу l-raketostroenie/lekcii_raketostroenie_06.rar