5. Основные узлы и агрегаты жрд

ЖРД в общем случае состоит из камер, турбонасосных агрегатов, газогенераторов, агрегатов автоматики, агрегатов системы управляющих моментов и сил, рамы, трубопроводов и вспомогательных узлов и агрегатов.

К основным узлам и агрегатам ЖРД относятся камера, газогенератор, агрегаты подачи (турбонасосный агрегат), топливные магистрали (трубопроводы) и агрегаты автоматики.

Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя - агрегат ЖРД, в котором компоненты топлива или продукты газогенерации в результате химических реакции преобразуются в продукты, создающие при истечении реактивную силу. Камера ЖРД состоит из камеры сгорания и сопла. В камере сгорания ЖРД температура продуктов сгорания может достигать ~ 4000 К, а давление - 20 МПа и более (см. рис. 5.1 и 5.2).

В состав ЖРД с насосной подачей входит турбонасосный агрегат. ТНА - агрегат, предназначенный для насосной подачи топлива в камеру и газогенератор. ТНА состоит из насосов окислителя и горючего и приводной турбины. В ряде случаев в ЖРД имеют два ТНА (окислителя и горючего). Кроме основных ТНА в ЖРД включают в ряде случаев и бустерные ТНА, устанавливаемые на входе в основные и предназначенные для повышения давления на входе в насосы основных ТНА. Бустерные ТНА позволяют уменьшить давление в топливных баках и, тем самым, значительно снизить массу баков. Некоторые схемы исполнения ТНА приведены на рис. 5.3.

Газогенератор (ГГ) - агрегат ЖРД, в котором основное или вспомогательное топливо в результате экзотермических химических реакций преобразуется в генераторный газ. Температура генераторного газа для привода турбины выбирается в диапазоне 700…1200К в зависимости от типа газа: при восстановительном газе – до 1200К, при окислительном газе - до 700К, см. рис. 5.2. Если в ЖРД два ТНА, то ГГ может быть два или один. ГГ, вырабатывающие газ для привода турбин ТНА, называют основными в отличие от вспомогательных ГГ, которые могут использоваться, например, для наддува топливных баков. ГГ для наддува баков также могут вырабатывать восстановительный или окислительный (кислый).

Топливные магистрали соединяют между собой основные узлы и агрегаты: насосы с камерой и ГГ, ГГ с турбиной и т.д. Часть магистрали от стыка с трубопроводом ступени, подводящим компонент топлива к ЖРД, до входа в насос называют узлом подвода. Трубопровод, соединяющий турбину ЖРД со смесительной головкой камеры, называют газоводом.

Трубопроводы магистралей могут быть как полностью жесткими, так и содержать гибкие участки (сильфоны, шланги).

В состав топливных магистралей и трубопроводов могут входить фильтры, предназначенные для исключения попадания посторонних частиц в агрегаты, перед которыми они размещены.

Агрегат автоматики ЖРД - устройство, обеспечивающее управление, регулирование или обслуживание ЖРД. Указанные устройства могут быть механическими, гидравлическими, пневматическими, электрическими, пиротехническими и т.д.

Агрегаты автоматики устанавливаются либо непосредственно на камере, ГГ и ТНА, либо в топливных магистралях, трубопроводах и т.д.

К агрегатам автоматики ЖРД относятся клапаны, регуляторы, сигнализаторы (реле) давления и электронагреватели. В состав клапанов и регуляторов могут входить электро – гидро - или пневмоприводы. В двигателях с вытеснительной подачей основные клапаны устанавливают непосредственно на смесительной головке камеры.

Клапаны предназначены для обеспечения прохождения компонента топлива или управляющего газа дальше по магистрали в камеру, ГГ и другие узлы при их включении или для прекращения подачи компонента или газа при закрытии.

Регуляторами называют агрегаты, обеспечивающие изменение тяги (регуляторы тяги) и поддержание постоянного давления в камере сгорания (регуляторы давления).

Электронагреватели предназначены для поддержания заданного температурного режима, в частности для исключения замерзания высококипящих компонентов топлива (например, гидразина или азотного тетроксида).

Кроме основных узлов и агрегатов в состав ЖРД могут входить узлы, обеспечивающие:

• зажигание топлива в камере и ГГ и запуск турбины ТНА;

• продувку полостей двигателя инертным газом (азотом или гелием);

• создание управляющих моментов и сил;

• наддув топливных баков и др.

	Соотношение компонентов топлива в двигателе (камере) к = к0 , где к= ; к0 стехиометрическое соотношение компонентов топлива; - коэффициент избытка окислителя в двигателе; у большинства двигателей = 0,7-0,85.
Рис. 5.1. Камера сгорания ЖРД: 1-зона смешения; 2 – зона горения; 3 – критическое сечение камеры; 4 – сверхзвуковая часть сопла; Dк – диаметр камеры сгорания; кя – к в ядре; кст – к у стенки камеры

,К

Рис. 5.2. Зависимость I_уд; Т_к = для камеры и газогенераторов ЖРД:

к – соотношение компонентов топлива в двигателе (камере, газогенераторе);

I_уд – удельный импульс тяги камеры; Т_к – температура продуктов сгорания в камере;

зоны функционирования : 1 – камеры сгорания; 2 – восстановительного ГГ привода ТНА; 3 – окислительного ГГ привода ТНА; 4 – газогенератора наддува бака «Г»;

5 – газогенератора наддува бака «О»

	.
	В схеме в) удается оптимизировать КПД насосов за счет различных оборотов насосов ТНА “О” и ТНА “Г” (у водородно-кислородных ЖРД обороты nТНАо = 25000 об/мин; nТНАг = 60000 об/мин).
Рис.5.3. Некоторые схемы исполнения ТНА: а) – центральное; б) – консольное расположение турбины; в) – два ТНА с раздельными турбинами; 1-насос “О”; 2 – опора ТНА; 3 – турбина; 4 – насос “Г”