Цикл ярд
С
уществуют
различные варианты конструкций и
принципы действия ядерных ракетных
двигателей. В частности проектируется
следующая схема ЯРД для космических
аппаратов.
Рис. 22.7. Схема ЯРД
Рабочее тело, находящееся в жидком состоянии в баке 1, с помощью насоса 2 прокачивается через активную зону ядерного реактора 3, в которой ядерное горючее (уран-235 или плутоний) заключено в тепловыделяющих элементах. Регулируя отражательной и поглощательной способностями оболочки корпуса реактора, добиваются осуществления цепной реакции. Процесс подвода тепла, выделяющегося при ядерной реакции в реакторе, происходит при постоянном давлении рабочего тела. Из реактора газообразное тело поступает в сопло 4, в котором расширяется и затем истекает в окружающую среду. Ясно, что с термодинамической точки зрения цикл ЯРД аналогичен циклу ЖРД, тождественно определяются я термические КПД этих циклов.
В отличие от ВРД и ракетных двигателей, работающих на химическом топливе, в ЯРД рабочее тело не является продуктом сгорания топлива. Следовательно, рабочее тело для ЯРД может быть выбрано из соображений наибольший термодинамической целесообразности.
Из известного уравнения для скорости
истечения идеального газа из сопла
,
получаем для случая истечения в вакуум
(космическое пространство), т.е. для
:
,
или, что то же самое,
.
Так как
является величиной постоянной, то из
этого соотношения следует, что наибольшие
скорости истечения обеспечиваются в
случае использования газов с малым
молекулярным весом
.
С этой точки зрения наиболее выгодным
рабочим телом для ЯРД является водород
(
=2),
который при высоких температурах
диссоциирует на атомарный водород
(
=1).
Могут использоваться также гелий,
водяной пар, водородные соединения
легких элементов.
Среди проблем эксплуатации следует выделить обеспечение жаропрочности конструкции и охрану окружающей среды.
Хотя тяга ЯРД невелика по сравнению с тягой ЖРД, ядерный двигатель может работать в течение гораздо большего времени, чем ракетный двигатель с химическим топливом. Поэтому ЯРД является весьма перспективным типом двигателя для управляемых космических кораблей.
Заключение
Учебное пособие включает в себя основные сведения технической термодинамики о законах взаимопревращения теплоты и работы.
Приведенные сведения, сформулированные доступно и ясно, органично дополняют известные учебники и способствуют оптимальному выбору подхода при самостоятельной работе студентов над курсовым и дипломным проектированием
Издание соответствует рабочим программам и предназначено для студентов очной формы обучения, обучающихся по программе бакалавриата по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое дело».
Библиографический список
Кириллин В.А. Техническая термодинамика / В.А. Кириллин, В.В. Сычев, А.Е. Шейндлин. М.: Наука, 1979.
Ястржембский А.С. Техническая термодинамика / А.С. Ястржембский. М.: Госэнергоиздат, 1960.
Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики / Я.М. Гельфер. М.: Высш. шк., 1981.
Кричевский И.Р. Термодинамика для многих / И.Р. Кричевский, И.В. Петрянов. М.: Педагогика, 1975.
Ландау Л.Д. Физика для всех / Л.Д. Ландау, А.И. Китайгородский. Н.: Наука, 1978.
Хейвуд Р. Анализ циклов в технической термодинамике / Р. Хейвуд. М.: Энергия, 1979.
Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе / П. Эткинс. М.: Мир, 1987.
Техническая термодинамика / В.И. Крутов, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др. М.: Высш. шк., 1991.
Жуковский В.С. Термодинамика / В.С. Жуковский. М.: Энергоатомиздат, 1983.
Новиков И.И. Термодинамика / И.И. Новиков. М.: Машиностроение, 1984.
Бальян С.В. Техническая термодинамика и тепловые двигатели / С.В. Бальян. Л.: Машиностроение, 1973.
Булыгин Ю.А. Методическое руководство к разделу «Термодинамика химических процессов» / Ю.А. Булыгин, Н.П. Пекшева, В.В. Шитов. Воронеж, 1980.
Булыгин Ю.А. Расчет теплового состояния камеры ЖРД / Ю.А. Булыгин, А.В. Кретинин, В.С. Рачук. Воронеж, 1997.
Методические указания для проведения практических занятий по технической термодинамике / Воронежский политехнический институт; сост. Ю.А. Булыгин. Воронеж, 1989.
15тодическое руководство к выполнению лабораторных работ по технической термодинамике / Воронеж. гос. техн. ун-т; сост. Ю.А. Булыгин, М.П. Феропонтов. Воронеж, 2004.