10.3. Схемы жидкостных ракетных двигателей с турбонасосной системой подачи топлива

Основной особенностью всех схем с турбонасосной подачей компонентов топлива является наличие небольшого избыточного давления в баках для обеспечения бескавитационной работы насосов и зависящего от уровня давления в камере. Поэтому массовые характеристики баков и систем наддува практически не зависят от давления в камере.

Тенденция повышения давления в ДУ не случайна. Рост давления позволяет увеличить удельный импульс из-за повышения степени расширения сопла при обеспечении безотрывного режима истечения выхлопной струи. Для стартовых ступеней РН повышение давления в камере является единственным способом увеличения удельного импульса ввиду наличия атмосферного давления (значение его принимают средним по траектории и равным р_а = 0,04...0,07 МПа). К тому же с ростом давления уменьшаются размеры двигателя - на рис.10.2 показаны контуры двух камер двигателей с одинаковой тягой и давлением на срезе сопла, но с разными значениями давления в камере сгорания. Поэтому рост давления практически не сказывается на удельной массе ДУ, она зависит от уровня тяги, давления на срезе сопла (степени расширения), вида топлива. Зависимость = M/P_п приведена на рис.10.3, но ограничения по давлению в камере существуют и определяются системами насосной подачи. Общая классификация ЖРД с насосными системами подачи топлива приведена на рис.10.4.

Рис.10.4. Общая классификация двигателей с турбонасосной подачей топлива

Кроме этих признаков существуют и другие, где наиболее важным является число камер двигателя. Многокамерные ДУ отличаются тем, что имеют один ТНА для питания всех камер. Существуют и однокамерные ДУ с двумя ТНА - один для подачи окислителя, а другой для подачи горючего. Существуют двигатели, которые кроме основного ТНА имеют еще вспомогательный или бустерный ТНА.

Схема двигательной установки открытого типа

Принципиальная схема представлена на рис10.5.

Удельный импульс двигателя можно записать следующим образом

, где - суммарный расход компонентов, - расход компонентов через камеру двигателя, - расход компонентов через газогенератор.

Повышение давления в камере сгорания р_к приводит к сложной зависимости J_у = f(p_к), представленной на рис.10.6.

Рис. 10.6. Зависимость J _y от давления в камере сгорания

Падение Jу после некоторого значения p_к объясняется увеличением по отношению к при увеличении p_к.

Схема двигательной установки замкнутого типа

Обобщенная схема представлена на рис.10.7 .Применение данной схемы позволило резко увеличить давление в камере сгорания (до 25 МПа и выше). Практически, дальнейшее повышение p_к сдерживается проблемой обеспечения надёжности работы узлов и агрегатов двигателя. Для данной схемы зависимость удельного импульса от p_к имеет вид

Рис.10.8. Зависимость Jy от давления в камере сгорания

ЛЕКЦИЯ 11