3.5.4. Жидкостный ракетный двигатель (жрд)

Топливом в них является жидкое топливо (водород, его соединения с углеродом и др.). В качестве окислителя используется жидкий кислород , перекись водорода, азотная кислота и др.

Принципиальная схема ЖРД и идеальный цикл представлены на рис.3.20. и 3.21.

Рис.3.20. Принципиальная схема ЖРД: 1- бак горючего; 2- бак окислителя; 3- питательный насос горючего; 4-питательный насос окислителя; 5- камера сгорания; 6- сопло; 7- форсунки горючего; 8- форсунки окислителя.

Рабочие компоненты топлива – горючее и окислитель – подаются из баков питательными насосами к форсункам и далее в камеру сгорания. Впрыснутое через форсунки топливо перемешивается и сгорает при постоянном давлении.

Рис.3.21.Идеальный цикл ЖРД в P-V диаграмме.

Процессы цикла:

1’-2’ – изохорное сжатие топлива в питательных насосах;

2’-3 – изобарный подвод теплоты в камере сгорания;

3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в сопле;

4-1 – охлаждение газов в атмосфере.

Обычно объем жидкого топлива по сравнению с объемом газа пренебрегают и процесс 1’-2’ заменяют процессом 1-2.

Полезная работа цикла

(3.22.)

Полагая процессы в питательных насосах адиабатными получим

(3.23.)

Подведенная в цикле теплота, равная теплоте сгорания топлива

(3.24)

Из равенства выразим +

И подставим в формулу (3.24)

(3.25)

Тогда термический КПД цикла ЖРД

(3.26.) Пренебрегая работой питательных насосов, то есть полагая , получим

(3.27)

Преимущества ЖРД:

1. Возможность полетов в безвоздушном пространстве;

2. Независимость тяги от скорости полета;

3. Простота конструкции и малая удельная масса (отношение массы ЖРД к единице тяги)

Недостатки:

1. Сравнительно низкий КПД;

2. Необходимость в запасах окислителя.

60