8.2. Схемы жрд без дожигания и с дожиганием гг- газа
Одной из основных видов классификации двигателей с турбонасосной подачей топлива является выполнение двигателей по схемам без дожигания (рис 8.3, а) и с дожиганием продуктов газогенерации в камере двигателя (рис. 8.3, б).
В схеме двигателя без дожигания генераторного газа продукты газогенерации после турбины выбрасываются в атмосферу, например, через рулевые сопла, при соотношении компонентов топлива существенно отличающихся от оптимального значения и общий удельный импульс тяги двигателя составляет ~ 2900 м/c (для кислородно-керосинового двигателя).
В схеме с дожиганием генераторного газа продукты газогенерации после турбины дожигаются в камере сгорания двигателя и удельный импульс тяги двигателя на ~ 15-20 % получается выше, чем в двигателях без дожигания генераторного газа.
а) б)
Рис. 8.3. Схемы двигателя с насосной системой подачи
без дожигания (а) и с дожиганием (б) продуктов газогенерации:
1 – камера сгорания; 2 – газовод; 3 – турбина; 4 – насос окислителя;
5 – насос горючего; 6 – генераторный насос горючего; 7 - газогенератор
За последние годы ЖРД с дожиганием генераторного газа получили большое распространение. Общее, что их объединяет, – генераторный газ, полученный из основных компонентов, после срабатывания на турбине ТНА, затем направляется по газоводу в основную камеру, где он и дожигается с остальными компонентами топлива. Благодаря этому, потери на привод ТНА в этой схеме двигателя полностью отсутствуют, т.е. коэффициент φТНА=1 и удельные импульсы Iдв=Iк.
Тем не менее максимально достижимое давление в камере сгорания и в этой схеме имеет ограничение, которое вызывается главным образом располагаемой мощностью ТНА, определяемой расходом генераторного газа через турбину и его термодинамическими параметрами. Другое ограничение может возникнуть из-за необходимости иметь слишком большие давления подачи. На рис. 8.4 приведены некоторые из них.
.
Рис.8.4. Турбонасосные схемы ЖРД с дожиганием генераторного газа:
ОкЖГГ – окислительный ЖГГ; ВЖГГ – восстановительный ЖГГ; Ок – окислитель;
Г – горючее; НО – насос окислителя; НГ – насос горючего; Т – турбина
Схема а является "классической " для не водородных ЖРД, окислительный ЖГГ, охлаждение камеры горючим.
Схема б – схема водородного ЖРД, после насоса горючего большая часть водорода направляется в восстановительный ЖГГ, а меньшая часть – в охлаждающий тракт сопла, пройдя который, эта часть водорода затем используется на организацию внутреннего охлаждения (завесного). Цилиндрическая часть камеры охлаждается жидким кислородом.
Схема в – также схема водородного ЖРД. Особенность схемы – два ТНА: ТНА подачи кислорода и ТНА подачи водорода. Каждый ТНА приводится во вращение восстановительным генераторным газом, вырабатываемым в двух ЖГГ. Причем после насоса горючего большая часть водорода направляется в ЖГГ, а меньшая часть – в охлаждающий тракт камеры.
Схема г – тоже схема водородного ЖРД. Основная ее особенность – отсутствие ЖГГ. Водород после насоса направляется в охлаждающий тракт камеры, в котором он газифицируется. Из охлаждающего тракта газообразный водород поступает в турбину ТНА и далее – в камеру сгорания.
Схему д иногда называют предельной. Она отличается тем, что в двух ЖГГ – окислительном и восстановительном – газифицируются оба компонента. Каждый ЖГГ приводит свой ТНА: окислительный – ТНА подачи окислителя, восстановительный – ТНА подачи горючего. В данной схеме ввиду использования для привода ТНА расходов обоих компонентов достигается максимальная мощность ТНА и соответственно давление подачи компонентов. Последнее обеспечивает реализацию предельных значений давления в камере сгорания.
В настоящее время схемы двигателей с дожиганием одного генераторного газа, в которых газифицируется только один компонент, т.е. двигатели типа газ+жидкость (Г+Ж) могут обеспечить давления в камере до Рк=25...30 МПа. Схемы с дожиганием двух генераторных газов, т.е. двигатели типа газ+газ (Г+Г) могут обеспечить Рк=40...50 МПа.