3.2. Жидкостные ракетные двигатели

ЖРД в общем случае состоит из камер, турбонасосных агрегатов, газогенераторов, агрегатов автоматики, устройств для создания управляющих усилий, рамы, трубопроводов и вспомогательных устройств. ЖРД очень многообразны. Ниже рассматри­вается схема (рис. 2) изучаемого образца двигателя. По такой схеме выполнен отечественный ЖРД РД-214. Этот двигатель имеет насосную систему подачи компонентов топлива, однокомпонентный газогенератор, работает без дожигания генераторного газа. РД-214 является в СССР первым мощным серийным ракетным двига­телем. Он устанавливается на первой ступени ракеты-носителя "Космос". Основные элементы двигательной установки, представ­ленной на рис. 2, включают:

• баки основного топлива (1);

• бак вспомогательного топлива (2) (80 % -ый раствор Н₂0₂);

• перогазогенератор (реактор) (3);

• насосы горючего и окислителя (4);

• насос вспомогательного топлива (Н₂О₂) (5);

• турбину (6);

• камеру двигателя (7) (двигатель РД-214 включает блок из четы­рех камер, для упрощения рисунка на нем изображена одна камера);

• агрегаты автоматики (8);

• отбросное сопло (9).

Двигатель работает на высококипящем азотнокислотном окислителе и продуктах переработки керосина в качестве горючего. Его тяга (для блока четырех камеру) в пустоте составляет 740 кН.

Камеры двигателя жестко связаны по двум поясам болтами. Камеры - паяно-сварные, состоят из:

• смесительной головки;

• камеры сгорания;

• сопла.

Смесительная головка обеспечивает подвод компонентов топлива в камеру сгорания и их распыливание. В камере сгорания осуществляются процессы смесеобразования и сгорания компонентов топлива,

Камера имеет двойные стенки, между которыми установлены гофрированные проставки с продольными, вдоль оси, гофрами. С по­мощью пайки проставки связывают стенки камеры друг с другом, Для охлаждения камеры двигателя используется горючее, которое подается по двум патрубкам в коллектор на сверхзвуковой части сопла и по зазору между ее стенками поступает в смесительную головку. Камера изготавливается из хромоникелевых сталей аустенитно-мартенситного класса.

На блок камер двигателя, устанавливается турбонасосный агрегат (ТНА). ТНА состоит из турбины и трех центробежных на­сосов (окислителя, горючего и перекиси водорода). ТНА предназначен для подачи окислителя и горючего в камеру двигателя и перекиси водорода в парогазогенератор (реактор). Подача компо­нентов осуществляется насосами, которые приводятся в действие газовой турбиной. При изменении частоты вращения ТНА изменяет­ся расход компонентов топлива в камеру двигателя. Этим дости­гается регулирование тяги.

Турбина и насосы расположены на одном валу. Рабочим телом для турбины является парогаз, образующийся в реакторе. Парогаз, имеющий температуру около 800 К, подается под давлением Па в сопла турбины и затем на лопатки рабочего колеса. Отработанный парогаз собирается в выхлопном коллекто­ре турбины и отводится по выхлопным трубам к отбросным соплам, установленным на корпусе ракеты. Корпусы насосов, крышки, центробежные колёса изготавливаются из алюминиевых сплавов. Диск турбины, рабочие лопатки, вал выполняются из стали.

Рис. 2. Принципиальная схема жидкостного ракетного двигателя РД-214

Система парогазогенерации предназначена для образования и подачи парогаза в турбину. Основными агрегатам системы являются бак для перекиси водорода и реактор (парогазогенератор).Применяется 80 % - ый водный раствор перекиси водорода. Из блока перекись водорода подается в реактор. В реакторе происходит процесс каталитического разложения перекиси водорода по уравнению:

Н₂О₂ катализатор Н₂О + 0,5 О₂ + Q.

В качестве катализаторов используется перманганаты щелочных металлов (NaMnO₄; KMnO₄). Тепло, выделяющееся при разложении раствора перекиси водорода, затрачивается на испарение балластной воды и подогрев паров воды и молекулярного кислорода, именуемой парогазом.

Запуск двигателя осуществляется посредством самовоспламеняющегося топлива. Для этой цели используются пусковое го­рючее, которое с основным окислителем образует самовоспламеняю­щееся топливо. При пуске в начале срабатывает автоматика сис­темы парогазогенерации. При этом перекись водорода под дейст­вием давления наддува бака и статического давления столба жид­кости поступает в реактор. Образующийся парогаз поступает на турбину, которая раскручивается и приводит в действие насосы. Насосы подают окислитель и пусковое горючее в камеру двигателя, начинается горение. За пусковым горючим следует основное горючее, и двигатель набирает тягу до номинального значения.

Выключение двигателя производится в две ступени. При достижении летательным аппаратом скорости близкой к заданной подается предварительная команда на выключение двигателя. При этом уменьшается расход перекиси водорода, снижаются обороты ТНА и двигатель переводится на меньшую тягу. При достижении летательным аппаратом заданной скорости подается главная коман­да на выключение двигателя, в результате прекращается доступ окислителя и горючего в камеру сгорания, прекращается подача перекиси водорода в реактор и ТНА останавливается.