1 Задание на проектирование. Исходные данные
Рассчитать основные параметры и характеристики ракетного двигателя по следующим номинальным исходным данным:
Окислитель - азотная кислота АК-27
Горючее -
несимметричный диметилгидразин (НДМГ)
Тяга двигателя в пустоте - 1095 кН
Давление в камере - 15 МПа
Давление в выходном сечении - 0,048 МПа
Номинальное значение давления окружающей среды - 0,1 МПа (I ступень)
Площадь насадка относительная - 0,5 (т.е. основной расчет дан для двигателя с высотным насадком)
Число камер в двигательной установке - 1 шт.
Определить возможность (или невозможность) испытания камеры двигателя с сопловым насадком, или без него, в наземных условиях, с использованием (или без использования) устройств снижения давления.
Провести сравнительный анализ полученных данных и данных
двигателя - прототипа.
2 Выбор прототипа проектируемого двигателя. Описание состава и работы схемы пгс жрд на установившемся режиме
Выбор прототипа
Выбор прототипа проектируемого двигателя производится по качественному соответствию компонентов топлива и номинальным давлениям в камере сгорания и на срезе сопла. Для проектируемого двигателя принимается схема пневмо-гидросистем (ПГС) двигателя-прототипа[1].
Прототип двигателя - РД - 220.
Описание состава ПГС
В состав магистрали горючего входят: основной насос горючего 8, насос подачи горючего в газогенератор 7, нормально закрытый дроссельный клапан 6, регулятор расхода 13 с сервоприводом 12, нормально открытый пироклапан 15, газогенератор 16, дроссель горючего 18, нормально закрытый пневмоуправляемый клапан горючего 3, нормально закрытый пироклапан сброса 2.
В состав магистрали окислителя входят: насос окислителя 10, нормально закрытый пневмоуправляемый клапан окислителя 17, газогенератор 16.
Описание работы ПГС на установившемся режиме
Отличительной особенностью схемы рассматриваемого двигателя является применение нормально закрытых главных топливных клапанов с гидроуправлением при открытии клапанов и пироуправлением при их закрытии. Использование давления компонентов для открытия клапанов сопровождается некоторым усложнением схемы двигателя, выражающимся в наличии дополнительных магистралей перепуска компонентов из управляющих полостей клапанов 3, 17 на вход в соответствующие насосы.
Продолжительность работы порохового стартера должна обеспечивать выход двигателя на режим, при котором потребная мощность насосов будет надежно обеспечиваться основной турбиной. Вместе с тем это время должно быть минимальным, что важно в связи с возможными чрезмерными забросами оборотов турбонасосного агрегата в период совместной работы двух турбин.
Заполнив газовую магистраль и форсуночную головку, генераторный газ через форсунки подается в камеру сгорания 1, где дожигается в результате смешения с горючим, которое впрыскивается в камеру сгорания через свои форсунки. Перед поступлением в камеру сгорания горючее проходит по зарубашечному тракту, обеспечивая охлаждение. Небольшая часть горючего из зарубашечного тракта впрыскивается в камеру сгорания через два пояса щелевой завесы.
По мере раскрутки турбонасосного агрегата увеличиваются давление в газогенераторе и камере сгорания, тяга двигателя растет и двигатель выходит на основной режим, определяемый настройкой регулятора расхода 13 и дросселя 18.
Рассматриваемые двигатели обеспечивают регулирование тяги и соотношения компонентов топлива. Регулирование тяги осуществляется системой регулирования «кажущейся скорости» (РКС) путем перенастройки регулятора расхода 13 с помощью сервопривода 12. В результате изменения расхода горючего изменяется соотношение компонентов топлива в газогенераторе и, как следствие, температура генераторного газа. Это приводит к изменению и мощности турбонасосного агрегата, давлений и расходов компонентов топлива на выходе из насосов, что, в конечном счете, приводит к изменению тяги двигателя. Для улучшения процесса регулирования в системе РКС предусмотрена обратная связь по давлению газов в камере сгорания, которое регистрируется специальным датчиком давления 20.
Регулирование соотношения компонентов топлива осуществляется путем воздействия на дроссель 18 с помощью сервопривода от бортовой системы опорожнения баков (СОБ).
Для увеличения надежности двигателя при регулировании в газогенераторе установлен датчик температуры генераторного газа 14. При увеличении температуры газов выше допускаемой по сигналу датчика температуры система управления с помощью сервопривода перестраивает регулятор 13 на уменьшение расхода горючего в газогенератор.
Выключение двигателя производится срабатыванием клапанов 3, 17 и 15, при этом, прекращается питание газогенератора компонентами топлива и питание камеры сгорания горючим. Для уменьшения импульса последействия тяги двигателя в результате догорания горючее из рубашки камеры сгорания дренируется в окружающее пространство через пироклапан сброса 2.