книги из ГПНТБ / Казанджан П.К. Турбины систем питания ЖРД

Г л а в а IV

ПРИМЕРЫ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ТНА ЖРД

В зависимости от назначения и параметров двигателя кон­ структивное выполнение турбин ТНА весьма разнообразно^, Ниже, в качестве примера, приводятся чертежи и краткие све­ дения по турбинам некоторых типов двигателей, данные кото­ рых известны из открытой литературы.

На фиг. 48 приведен разрез турбонасосного агрегата ЖРД типа «Вальтер» 109—509А4. Двигатель предназначался в ка­ честве силовой установки самолета-истребителя и производил­ ся в Германии в конце 2-й мировой войны. Его тяга изменялась в диапазоне 200— 1700 кг при максимальном давлении в камере до 20 ата. Топливом служили: перекись водорода 80%-ной кон­

летательного аппарата предопределили открытую схему систе­ мы питания, а конструкция элементов ТНА подчинена в основ­ ном требованиям простоты, габаритных и весовых данных и на­ дежности агрегата.

В качестве рабочего тела турбины использован парогаз — продукт реакции разложения 80% -ной перекиси водорода, что упростило конструкцию газогенератора и систему питания дви­

Малый расход и существенная парциальность подвода га­ за, требования простоты обусловили применение схемы актив­ ной турбины с повторным подводом газа. Сопловой аппарат конструктивно выполнен в виде единичного конического сопла Лаваля. Для лучшего заполнения лопаток рабочего колеса соплу на выходе придано прямоугольное сечение. Рабочие ло­ патки симметричного профиля с одинаковым сечением по высо­ те. Газ после прохода соплового аппарата и рабочего колеса по­ падает в специальный поворотный коллектор и вновь направ­ ляется на рабочие лопатки. Корпус турбины изготовлен из алю­ миниевого сплава, а турбинное колесо, вал и лопатки — из не­ ржавеющей стали.

Диск турбины и рабочие колеса насоса расположены на одном валу. Полость турбины изолирована с помощью специ­ альных уплотнений.

Отдельные конструктивные особенности турбнонасосного агрегата видны из фиг. 48.

Турбонасосный агрегат двигателя ракеты А-4 показан на фиг. 49. Ракета А-4 была первой ракетой дальнего действия, сконструированной немецкими инженерами в период 2-й миро­ вой войны. Жидкостно-реактивный двигатель ракеты А-4 имел на уровне моря тягу 26 г при давлении в камере 15 ата. Рабо­ тал на жидком кислороде и 75% -ном водном растворе этилово­ го спирта! Система подачи турбонасосная. Как и в случае дви­ гателя «Вальтер», турбина двигателя ракеты А-4 работала на продуктах разложения перекиси водорода. Катализатор для разложения перекиси — жидкий.

Двигатель имел открытую схему системы питания. Газы, выходящие из турбины, направлялись в выходной патрубок, установленный параллельно оси основной камеры, и через соп­ ло Лаваля выбрасывались наружу. Критические условия в гор­ ловине этого сопла обеспечивают независимость параметров на выходе из турбины от атмосферных условий, а тяга, разви­ ваемая выходным патрубком, частично компенсирует потери на привод ТНА

О с н о в н ы е д а н н ы е т у р б и н ы

82

В клейка

м еж д у 82 — 83 стр.

Подбод парогаза

5

Подвод дренажа из топливного крана

WZZZZZZZZZZ^

Дренаж

парогаза

Турбина активная, с двумя ступенями скорости. Примене­ ние такого типа турбины обусловлено низкими значениями от­ ношения и!с\, а последнее связано с малыми значениями окруж­ ных скоростей, диктуемых прочностью турбинного диска, изго­ товленного из алюминиевого сплава. Как видно из фиг. 17, использование ступеней скорости в этом диапазоне значений параметра ц/щ весьма эффективно, а применение активной двух­ ступенчатой турбины не вносит существенного усложнения кон­ струкции.

Сопловой аппарат выполнен в виде решетки. Причем из конструктивных соображений венец сопловых лопаток образо­ ван четырьмя секциями, каждая со своей сопловой коробкой.

Лопатки соплового аппарата образуют межлопаточные ка­ налы расширяющегося профиля по типу сопел Лаваля, ограни­ ченных прямыми стенками.

Лопатки рабочего колеса с симметричным профилем и по­ стоянным сечением по высоте выполнены из алюминиевого спла­ ва и устанавливаются на ободе колеса с помощью замков по типу «ласточкина хвоста».

Конструктивные особенности агрегата видны из фиг. 49. Обращает на себя внимание соединение вала и корпуса турби­ ны с валом и корпусом кислородного насоса, где в связи с ис­ ключительно низкими температурами жидкого кислорода пре­ дусмотрена, наряду с надежным уплотнением, температурная компенсация сочленяемых деталей.

На фиг. 50 представлен турбонасосный агрегат самолетно­ го ЖРД «Тиокол» XLR99 с тягой 22 г. Основным топливом двиготеля служит кислород — керосин.

Турбина активная с двумя ступенями скорости консольно расположена на одном конце вала. Рабочим телом являются продукты распада 90% -ной перекиси водорода. На другом конце вала располагается насос окислителя с односторонним входом и осевым преднасосом.

Система регулирования ЖРД XLR99 в полете позволяет уменьшить максимальную тягу в два раза. Тяга регулируется путем изменения числа оборотов ТНА, т. е. подачи топлива к камеру сгорания. Число оборотов ТНА изменяется путем из­ менения подачи перекиси водорода в газогенератор со слоистым катализатором при помощи дроссельного клапана, расположен­ ного перед ним.

В ТНА используются роликовые и шариковые подшипники из нержавеющей стали. Смазка осуществляется маслом. Мас­ ляный насос и его магистрали всегда залиты маслом так, что летчик может немедленно осуществить запуск двигателя. От­ дельные конструктивные особенности видны из фиг. 50.

На фиг. 51 приведена схема одной из модификаций англий­ ского самолетного ЖРД «Спектр». Топливом служит перекись водорода высокой концентрации и керосин. Тяга двигателя

8 4

Типо-литография ВВИА имени проф, Н, Е. Жуковского