Загрузил Рашит Хамзин

zhrd s tna

реклама
Двигательная установка (ДУ) ракеты-носителя включает в себя баки,
систему подачи компонентов топлива из баков в двигатель – камера сгорания
и сопло. В ЖРД преобразуется запасенная в баках химическая энергия топлива
в кинетическую энергию истечения газовой струи, вследствие чего создается
тяга двигателя, необходимая для движения ЛА по заданной траектории.
В баках компоненты топлива находятся под низким давлением, а в
камерах сгорания (КС) во время работы двигателя давление достигает более
200 атмосфер. Для обеспечения впрыска под высоким давлением компонентов
топлива в камеру сгорания служит турбонасосный агрегат (ТНА), который
состоит из насосов: окислителя, горючего, перекиси водорода, азота и газовой
турбины.
Турбина приводится в движение газом, полученным в газогенераторе,
который вырабатывает этот газ (рабочее тело турбины) либо из основных
компонентов топлива (рис.1а,2), либо из специального однокомпонентного,
например, перекиси водорода (рис.1б). Отработанный газ из турбины
выбрасывается в атмосферу (ЖРД разомкнутого типа) или же поступает в КС
(ЖРД замкнутого типа), где дожигается.
Запуск двигателя производится с помощью зажигательных устройств
при запуске двигателя с несамовоспламеняющимися компонентами топлива.
Тяга ЖРД создается в камере сгорания. В камеру через форсунки
впрыскивается под давлением окислитель и горючее, которые после
впрыскивания перемешиваются, испаряются и воспламеняются. Сгорание
топлива заканчивается в цилиндрической части КС, затем в сужающерасширяющемся сопле происходит разгон частиц газа. Скорость истечения на
выходе из сопла может достигать у лучших образцов двигателей 4500 м/сек.
Высокое давление и температура в КС создают тяжелые условия работы
ЖРД. Для обеспечения нормальной работы в таких условиях применяется
тепловая защита внутренних стенок КС путем проточного охлаждения
2
горючим, поступающим в пространство между внутренней и внешней
стенками КС, а также путем создания пристеночного слоя с пониженной
температурой, путем нанесения специальных покрытий на стенки КС и др.
Рисунок 1 – Схема ДУ ЖРД
а) рабочее тело турбины вырабатывается на основе основных
компонентов топлива (ЖРД разомкнутого типа);
б) рабочее тело турбины вырабатывается из перекиси водорода (ЖРД
разомкнутого типа).
в) Схема двигательной установки с ЖРД замкнутого типа.
С целью выявления возможных неисправностей в ДУ и для оценки ее
функционирования в процессе полета ракеты производится измерение
параметров ДУ. Основными параметрами, для которых возможны прямые
измерения,
являются:
давление
в
КС,
давление
и
температура
в
газогенераторе, скорость вращения турбины, давление компонентов топлива
3
перед насосами и после них, давление и температура в баках и др. Измерение
и регистрация основных параметров производится телеметрическими
системами, информация которых обрабатывается на вычислительном центре,
а затем используется для оценки работы ДУ.
Двигатель РД-108 установлен на второй ступени ракеты-носителя
“Восток”.
Основные характеристики двигателя:
- топливо -
окислитель
- жидкий кислород,
горючее
- керосин
- тяга в пустоте
- 96 тс
- удельная тяга в пустоте
- 315 тс
- давление в КС
- 60 ат
Двигатель РД-108 открытой схемы. Привод ТНА от парогазогенератора,
работающего на перекиси водорода. ТНА имеет четыре насоса: окислителя,
горючего, перекиси водорода и азота, который используется для наддува
баков. Газификация жидкого азота, идущего на наддув баков, производится в
теплообменнике, который обогревается парогазом, идущим из турбины в
атмосферу.
Охлаждение стенок КС: наружное – путем протекания горючего между
внутренней и наружной стенками; охлаждение внутренних стенок КС
осуществляется горючим, которое подается на стенки камеры через
пристеночные
форсунки,
путем
испарения
горючего.
Зажигание
пиротехническое.
Управление вектором тяги по направлению – с помощью 4-х рулевых
камер; по величине – изменение расхода перекиси.
Основными агрегатами двигателя являются:
1) четыре основных и четыре рулевых камеры сгорания, питающихся
от одного ТНА;
2) турбонасосный агрегат;
3) парогазогенератор;
4
4) элементы автоматики.
Камера сгорания состоит из головки, в которой размещены форсунки,
цилиндрической части и сужающе-расширяющегося сопла. Цилиндрическая и
сопловая части имеют по две стенки: внутреннюю (огневую) и наружную.
Внутренняя и наружная стенки соединяются друг с другом гофрированными
проставками с помощью пайки.
Компоненты топлива впрыскиваются в КС работающего двигателя под
высоким давлением через форсунки. В цилиндрической части происходит
распыление топлива, испарение, перемешивание окислителя и горючего и
сгорание. Из цилиндрической части продукты сгорания поступают в сопловую
часть, где происходит разгон частиц газа до сверхзвуковой скорости, то есть
преобразуется тепловая энергия сгорания топлива в кинетическую энергию
истекающей из сопла струи газа. В результате истечения газа создается тяга.
Турбонасосный
агрегат
состоит
из
газовой
турбины,
насосов
окислителя, горючего, перекиси водорода и азота. Все насосы центробежные.
Вращение турбины передается насосам через основной вал ТНА, на
который насажены колесо турбины и крыльчатки насосов окислителя и
горючего. Передача вращения на насосы перекиси и азота осуществляется
посредством шестеренчатой передачи.
Турбина состоит из колеса турбины с лопатками, соплового аппарата и
корпуса. В сопловом аппарате осуществляется направление потока рабочего
тела турбины (парогаз, поступающий из ПГГ) под требуемым углом на
лопатки турбины. Частицы парогаза ударяются о лопатки турбины и, таким
образом,
приводится
во
вращение
колесо
турбины,
происходит
преобразование энергии рабочего тела турбины в механическую энергию
вращения колеса турбины.
Насосы по устройству примерно одинаковы и различаются размерами
колес и числом лопаток. Насос состоит из колеса насоса (крыльчатки),
насаженного на вал, и корпуса насоса. На вход насоса подается жидкость с
низким давлением. В насосе при вращении его лопаток вместе с жидкостью
5
происходит преобразование механической энергии вращения колеса в
энергию давления жидкости, вследствие чего жидкость выбрасывается из
насоса на его выход под высоким давлением. Таким образом, ТНА
предназначен для преобразования энергии рабочего тела турбины в энергию
высокого давления окислителя, горючего, перекиси водорода и азота.
Парогазогенератор предназначен для выработки рабочего тела турбины.
Он представляет собой емкость, в которой помещен катализатор. Через эту
емкость с катализатором проталкивается под большим давлением из насоса
перекись водорода. В результате соприкосновения с катализатором перекись
разлагается на воду и кислород с большим выделением тепла. Продукты
разложения перекиси – вода и кислород нагреваются до высоких температур
и поступают на лопатки турбины в виде парогаза.
Элементы автоматики предназначены для задействования двигателя,
регламентирования его работы и останова.
К ним относятся:
1.
Главный клапан окислителя и главный клапан горючего. Они
служат для открытия доступа окислителя и горючего в КС при запуске и для
прекращения их поступления в КС при выключении двигателя.
2.
Перекрывные клапаны перекиси водорода и азота (Кл.П, Кл.А).
3.
Электропневмоклапаны (ЭПК) служат для открытия при запуске и
закрытия при остановке двигателя главных клапанов окислителя и горючего,
и перекрывных клапанов перекиси водорода и азота.
4.
Отсечные клапаны окислителя на рулевых КС.
5.
Элементы автоматики, предназначенные для регулирования тяги
двигателя. К ним относятся:
а) гидроредуктор перекиси (Гр), который изменяет по командам от
системы управления расход перекиси в ПГГ, вследствие чего уменьшается или
увеличивается мощность турбины и соответственно этому скорость вращения
турбины, давление за насосами, расход компонентов топлива в камере
сгорания, а значит и тяга двигателя;
6
б) редуктор точной настройки (РТН), через который подается
управляющее давление воздуха на гидроредукторе;
в) привод импульсный регулятора скорости (ПИРС) – электрический
привод, который преобразует управляющие сигналы от системы управления в
воздействие на РТН. Управляющее воздействие РТН на гидроредуктор
изменяет расход перекиси.
6.
Дроссель системы одновременного опорожнения баков (СОБ),
который по командам от системы управления изменяет расход окислителя в
камере сгорания.
7.
Пирозажигательное устройство (ПЗУ), представляет собой навеску
пороха с электрическим воспламенителем, которая перед задействованием
двигателя вставляется внутрь цилиндрической части всех камер сгорания. При
запуске двигателя подается эл. сигнал на воспламенитель и навеска пороха
загорается. Горение ее продолжается несколько секунд, и за это время в КС
поступают окислитель и горючее, которые воспламеняются от пламени ПЗУ,
и начинается процесс горения топлива в КС.
Запуском ЖРД называется режим работы двигателя от первой команды
на его включение до выхода на основной режим.
При запуске проходят операции и связанные с ними процессы,
обуславливающие переход двигателя от состояния стартовой готовности
(подачи первой команды на включение) к работе на основном режиме.
Перед запуском ЖРД ракета должна находиться в состоянии стартовой
готовности – это значит:
а) весь цикл последующих, вплоть до старта ракеты, операций может
быть осуществлен без непосредственного вмешательства обслуживающего
персонала;
б) приведены в готовность системы автоматики и регулирования,
обеспечивающие работу ЖРД в полете.
В общем случае во время запуска ЖРД выполняются:
а) предстартовый наддув до заданного давления топливных баков;
7
б) для ЖРД с несамовоспламеняющимися компонентами топлива –
создание начального очага, обеспечивающего воспламенение топливных
компонентов в КС и ГГ;
в) открытие топливных клапанов, обеспечивающих поступление
компонентов топлива в КС и систему газогенерации;
г) для двигателя с программированным запуском – осуществление
автоматической
последовательности
срабатывания
пускорегулирующих
систем, обеспечивающих вывод двигателя на заданный режим тяги.
Перед запуском двигателя РД-108 производится продувка воздухом
полостей горючего КС и продолжается до начала процесса горения
компонентов топлива в камерах. Продувка необходима для предотвращения
возможной напрессовки кислорода через форсунки в полости горючего.
Следствием такой напрессовки может быть взрыв при соединении в полости
горючего жидких кислорода и керосина.
Для
обеспечения
нормальной
работы
центробежных
насосов
необходимо выдерживать определенный минимум давления компонентов
топлива на входе в насосы. С этой целью перед запуском двигателя
производится предстартовый наддув баков азотом или воздухом. При наличии
сигналов о том, что давление в баках находится в требуемых пределах,
подается команда «зажигание», по которой задействуются все ПЗУ камер
сгорания.
При наличии сигнала о том, что во всех камерах сработали ПЗУ,
открывается клапан окислителя на предварительную ступень. Если есть
сигнал о том, что клапан окислителя сработал, то открывается клапан
горючего – компоненты топлива поступают в КС пока под давлением
собственного веса, и там начинается процесс их горения – двигатель выходит
на режим предварительной ступени тяги. При получении сигнала о том, что во
всех
камерах
началось
горение компонентов
топлива,
открываются
перекрывные клапаны перекиси водорода и азота. Перекись под воздействием
давления наддува поступает в ПГГ и далее в виде нагретого парогаза на
8
лопатки турбины, турбина раскручивается, за насосами быстро поднимается
давление,
что ведет к увеличению расхода окислителя и горючего в камеры, и
перекиси в ПГГ. Мощность турбины резко возрастает вследствие увеличения
расхода рабочего тела, давление в КС растет – двигатель выходит на режим
основной тяги.
Под остановом ЖРД понимается цикл операций и переходных
процессов, происходящих за промежуток времени между подачей первой
команды на выключение и практическим исчезновением тяги.
В зависимости от требований, предъявляемых со стороны ракетной
системы, различают следующие способы останова ЖРД:
1) останов после израсходования топлива;
2) останов по внешней команде с обеспечением минимального
импульса последействия;
3) аварийный останов по внешней команде или команде внутренней
блокирующей цепи;
4) многократный останов.
При выключении данного двигателя после израсходования топлива
закрываются перекрывные клапаны перекиси водорода и азота – турбина
прекращает свою работу. Давление после насосов падает – падает и расход
окислителя и горючего в КС, после чего закрываются главные клапаны
окислителя и горючего и отсечные клапаны окислителя на рулевых КС.
Двигатель останавливается.
9
Скачать