11. Сравнительная характеристика насосной и вытеснительной системы подачи топлива
Схемы жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) отличаются главным образом системами подачи топлива. В ЖРД любой схемы давление топлива перед камерой сгорания должно быть больше давления в камере, иначе невозможно будет подавать компоненты топлива через форсунки. Существует две системы подачи топлива – вытеснительная и насосная. Первая более простая и используется преимущественно в двигателях сравнительно небольших ракет, вторая – в двигателях ракет дальнего действия.
СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА НАСОСНАЯ - (жидкостного ракетного двигателя) - совокупность механизмов или устройств, обеспечивающих подачу компонентов топлива из баков в камеру жидкостного ракетного двигателя при помощи насосов. При насосной системе подачи топлива можно получить меньший общий вес силовой установки, чем при вытеснительной системе подачи топлива.
При вытеснительной подаче компоненты топлива подаются в камеру сгорания при помощи сжатого газа, поступающего через редуктор в топливные баки. Редуктор обеспечивает постоянство давления в топливных баках и равномерную подачу топлива в камеру сгорания. В этом случае в баках ракеты устанавливается большое давление, поэтому они должны быть достаточно прочными. Это увеличивает вес конструкции, это увеличивает вес конструкции, что является недостатком всех вытеснительных систем подачи топлива.
14. Компоновка рд
Двигатель первого космического корабля
Этот двигатель представлял собой однокамерный ЖРД с насосной подачей высококипящего самовоспламеняющегося топлива, состоящего из азотнокислотного окислителя и горючего на основе аминов. ЖРД развивал тягу 1614 кг и удельный импульс 2610 м/с при давлении в камере сгорания около 57 атм. ЖРД являлся частью тормозной двигательной установки ТДУ-1, которая создавала тяговый импульс для перевода космического корабля с орбиты искусственного спутника Земли на траекторию спуска. ЖРД размещался в центре блока топливных баков тороидальной формы. Такая компоновка двигательной установки обеспечивала компактность и малый вес конструкции.
15. Назначение и конструкция двигателей
Дви́гатель — устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую.
Турбореактивный двигатель
Принцип действия и устройство ТРД
Схема работы ТРД: 1. Забор воздуха; 2. Компрессор низкого давления; 3. Компрессор высокого давления; 4. Камера сгорания; 5. Расширение рабочего тела в турбине и сопле; 6. Горячая зона; 7. Турбина; 8. Зона входа первичного воздуха в камеру сгорания; 9. Холодная зона; 10. Входное устройство.
В турбореактивном двигателе ТРД,сжатие рабочего тела на входе в камеру сгорания и высокое значение расхода воздуха через двигатель достигается за счёт совместного действия встречного потока воздуха и компрессора, размещённого в тракте ТРД сразу после входного устройства, перед камерой сгорания. Компрессор приводится в движение турбиной, смонтированной на одном валу с ним, и работающей на том же рабочем теле, нагретом в камере сгорания, из которого образуется реактивная струя. Во входном устройстве осуществляется рост статического давления воздуха за счёт торможения воздушного потока. В компрессоре осуществляется рост полного давления воздуха за счёт совершаемой компрессором механической работы.
Степень повышения давления в компрессоре является одним из важнейших параметров ТРД, поскольку от него зависит эффективный КПД двигателя. Если у первых образцов ТРД (Jumo-004) этот показатель составлял 3, то у современных он достигает 40 (General Electric GE90). Для повышения газодинамической устойчивости компрессоров они выполняются двухкаскадными. Каждый из каскадов работает со своей скоростью вращения и приводится в движение своей турбиной. При этом вал 1-го каскада компрессора (низкого давления), вращаемого последней (самой низкооборотной) турбиной, проходит внутри полого вала компрессора второго каскада (высокого давления). Каскады двигателя так же именуют роторами низкого и высокого давления.
Камера сгорания большинства ТРД имеет кольцевую форму и вал турбина-компрессор проходит внутри кольца камеры. При поступлении в камеру сгорания воздух разделяется на 3 потока.
Первичный воздух - поступает через фронатальные отверстия в камере сгорания, тормозится перед форсунками и принимает непосредственное участие в формировании топливно-воздушной смеси. Непосредственно участвует в сгорании топлива. Топливо-воздушная смесь в зоне сгорания топлива в ВРД по своему составу близка к стехиометрической.
Вторичный воздух - поступает через боковые отверстия в средней части стенок камеры сгорания и служит для их охлаждения путём создания потока воздуха с гораздо более низкой температурой, чем в зоне горения.
Третичный воздух - поступает через специальные воздушные каналы в выходной части стенок камеры сгорания и служит для выравнивания поля температур рабочего тела, перед турбиной.
Из камеры сгорания нагретое рабочее тело поступает на турбину, расширяется, приводя её в движение и отдавая ей часть своей энергии, а после неё расширяется в сопле, и истекает из него, создавая реактивную тягу.