9.2. Двигатели с насосной схемой подачи без дожигания генераторного газа

Насосные схемы подачи без дожигания генераторного газа – довольно распространенная схема ЖРД. На рис. 9.4 схематично представлены наиболее характерные ЖРД этого типа. Схема а отличается однокомпонентным ЖГГ, работающим на разложении специального вспомогательного, "третьего" компонента, например перекиси водорода. В схеме б – тоже однокомпонентный ЖГГ, но работающий на разложении какого-либо компонента основного топлива, например НДМГ. Схема в отличается двухкомпонентным ЖГГ, работающим на основных компонентах, сжигаемых в нем с большим избытком горючего.

Все эти двигатели объединяет общий признак схемы – выброс отработанного на турбине генераторного газа через выхлопную систему. Часто в конце выхлопной системы находятся реактивные сопла, на которых "срабатывается" определенный перепад давлений, и они создают заметную тягу, используемую в системе управления вектором тяги (см. рис. 9.4, б). Наконец, иногда отработанный генераторный газ направляется в щель сопла основной камеры в зоне малых давлений, образуя на этом участке заградительное его охлаждение (см. рис. 9.4, в).

Рис.9.4. Турбонасосные схемы ЖРД без дожигания генераторного газа:

Ок – окислитель; Г – горючее; НО – насос окислителя; НГ – насос горючего; НВ – насос вспомогательного компонента; Т – турбина; – – – – передача вращения от турбины

9.3. Двигатели с насосной схемой подачи с дожиганием генераторного газа

За последние годы ЖРД с дожиганием генераторного газа получили большое распространение. Общее, что их объединяет, – генераторный газ, полученный из основных компонентов, после срабатывания на турбине ТНА, затем направляется по газоводу в основную камеру, где он и дожигается с остальными компонентами топлива. Благодаря этому, потери на привод ТНА в этой схеме двигателя полностью отсутствуют, т.е. коэффициент φ_ТНА=1 и удельные импульсы I_дв=I_к.

Тем не менее максимально достижимое давление в камере сгорания и в этой схеме имеет ограничение, которое вызывается главным образом располагаемой мощностью ТНА, определяемой расходом генераторного газа через турбину и его термодинамическими параметрами. Другое ограничение может возникнуть из-за необходимости иметь слишком большие давления подачи. На рис. 9.5 приведены некоторые из них.

.

Рис.9.5. Турбонасосные схемы ЖРД с дожиганием генераторного газа:

ОкЖГГ – окислительный ЖГГ; ВЖГГ – восстановительный ЖГГ; Ок – окислитель;

Г – горючее; НО – насос окислителя; НГ – насос горючего; Т – турбина

Схема а является "классической " для не водородных ЖРД, окислительный ЖГГ, охлаждение камеры горючим.

Схема б – схема водородного ЖРД, после насоса горючего большая часть водорода направляется в восстановительный ЖГГ, а меньшая часть – в охлаждающий тракт сопла, пройдя который, эта часть водорода затем используется на организацию внутреннего охлаждения (завесного). Цилиндрическая часть камеры охлаждается жидким кислородом.

Схема в – также схема водородного ЖРД. Особенность схемы – два ТНА: ТНА подачи кислорода и ТНА подачи водорода. Каждый ТНА приводится во вращение восстановительным генераторным газом, вырабатываемым в двух ЖГГ. Причем после насоса горючего большая часть водорода направляется в ЖГГ, а меньшая часть – в охлаждающий тракт камеры.

Схема г – тоже схема водородного ЖРД. Основная ее особенность – отсутствие ЖГГ. Водород после насоса направляется в охлаждающий тракт камеры, в котором он газифицируется. Из охлаждающего тракта газообразный водород поступает в турбину ТНА и далее – в камеру сгорания.

Схему д иногда называют предельной. Она отличается тем, что в двух ЖГГ – окислительном и восстановительном – газифицируются оба компонента. Каждый ЖГГ приводит свой ТНА: окислительный – ТНА подачи окислителя, восстановительный – ТНА подачи горючего. В данной схеме ввиду использования для привода ТНА расходов обоих компонентов достигается максимальная мощность ТНА и соответственно давление подачи компонентов. Последнее обеспечивает реализацию предельных значений давления в камере сгорания.

В настоящее время схемы двигателей с дожиганием одного генераторного газа, в которых газифицируется только один компонент, т.е. двигатели типа газ+жидкость (Г+Ж) могут обеспечить давления в камере до Р_к=25...30 МПа. Схемы с дожиганием двух генераторных газов, т.е. двигатели типа газ+газ (Г+Г) могут обеспечить Р_к=40...50 МПа.