Введение. Для ускоренного перемещения какого-либо аппарата в пространстве или для преодоления им сил внешнего сопротивления к этому аппарату должна быть приложена сила

Для ускоренного перемещения какого-либо аппарата в пространстве или для преодоления им сил внешнего сопротивления к этому аппарату должна быть приложена сила, называемая тягой. Тягу создаёт двигательная система, установленная на аппарате.

На современных летательных аппаратах применяются двигатели, использующие силу прямой реакции струи газов, которая пропорциональна скорости реактивной струи и секундному расходу массы выбрасываемых газов.

Такие двигатели называют реактивными, не требующие дополнительного устройства — двигателя (например, винта, отбрасывающего назад массу воздуха). В реактивном двигателе двигатель и движитель совмещены в одном агрегате.

Источник энергии для реактивного двигателя в настоящее время - химическое топливо, т.е. вещество, способное выделять тепло в результате химических реакций (реакция окисления (сгорания), разложения, рекомбинация, (рекомбинация т.е. экзотические реакции)).

Реактивные двигатели делятся на три основные группы.

Воздушно — реактивные двигатели (ВРД), в которых для сгорания используются кислород атмосферного воздуха. Здесь под топливом понимается горючее.

Жидкостные - реактивные двигатели (ЖРД), в которых в качестве топлива используется сочетание жидкого топлива и жидкого окислителя.

Твердотопливные реактивные двигатели (РДТТ), в качестве топлива используют вещества, содержащие кислород.

ЖРД и РДТТ используют в ракетной технике, а посему эти двигатели называют " ракетными ", т.е. подчёркивают область применения, но не принцип действия (принцип прямой реакции).

ЖРД в общем случае состоит из камер, турбонасосных агрегатов, газогенераторов, агрегатов автоматики, агрегатов системы управляющих моментов и сил, рамы, трубопроводов и вспомогательных узлов и агрегатов.

ЖРД бывают с насосной и вытеснительной системой подачи компонентов топлива в камеры.

К основным узлам и агрегатам ЖРД относятся камера, газогенератор, агрегаты подачи (турбонасосный агрегат), топливные магистрали (трубопроводы) и агрегаты автоматики. Камерой жидкостного ракетного двигателя называют агрегат ЖРД, в

котором компоненты топлива или продукты газогенерации в результате химических реакций преобразуются в продукт, создающие при истечении реактивную силу. Камера ЖРД состоит из смесительной головки, камеры сгорания и сопла. В камере сгорания камеры ЖРД температура продуктов сгорания может достигать 4000 К, а давление - 20 МПа и более.

В состав ЖРД с насосной подачей входит турбонасосный агрегат. Турбонасосным агрегатом (ТНА) жидкостного ракетного двигателя называют агрегат ЖРД, предназначенный для насосной подачи топлива в камеру и газогенератор, ТНА обычно состоит из насосов (окислителя и горючего) и приводящих их в действие турбин. В ряде случаев в ЖРД имеют два ТНА (окислителя и горючего), т.е. каждый насос приводится своей турбиной. Кроме основных ТНА в состав ЖРД включают, в ряде случаев, бустерные ТНА, устанавливаемые на входе в основные ТНА и предназначенные для повышения давления на входе в насосы основных ТНА.

Газогенератором (ГГ) жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) называют агрегат ЖРД, в котором основное или вспомогательное топливо в результате экзотермических химических реакций преобразуются в генераторный газ. Если в ЖРД два ТНА, то ЖГГ может быть два или один ЖГГ, вырабатывающие газ для привода турбин ТНА, называют основными в отличии от вспомогательных ЖГГ, которые могут использоваться, например, для наддува топливных баков.

В составе ЖРД с вытеснительной подачей нет агрегатов подачи (они входят в состав ДУ).

Топливные магистрали соединяют между собой основные узлы и агрегаты: насосы с камерой и ЖГГ, ЖГГ с турбиной и т.д. Часть магистрали от стыка с трубопроводом ступени, подводящим компонент топлива к ЖРД, до входа в насос называют узлом подвода. Трубопровод, соединяющий турбину ЖРД с дожиганием со смесительной головкой камеры, называют газоводом.

В состав топливных магистралей и трубопроводов могут входить фильтры, предназначенные для исключения попадания посторонних частиц в агрегаты, которыми они размещены.

Агрегатом автоматики ЖРД называют установленное в ЖРД устройство, обеспечивающее управление, регулирование и обслуживание ЖРД. Указанные устройства могут быть механическими, гидравлическими, пневматическими, электрическими, пиротехническими и т.д.

Агрегаты автоматики устанавливаются либо непосредственно на камере, ЖГГ и ТНА, либо в топливных магистралях, трубопроводах и т.д.

К агрегатам автоматики ЖРД относятся клапаны, регуляторы, сигнализаторы (реле) давления и электронагревате­ли. В состав клапанов и регуляторов могут входить электро-, гидро-или пневмоприводы. В двигателях с вытеснительной подачей основные клапаны устанавливают непосредственно на смесительной головке камеры. В ЖРД с ТНА клапанов существенно больше; их размещают, в частности, также на входе в ЖГГ.

Клапаны предназначены для обеспечения прохождения компонента топлива или управляющего газа далее по магистрали в камеру, ЖГГ и другие узлы при их включении или для прекращения подачи компонента или газа при закрытии.

Регуляторами называют агрегаты, обеспечивающие изменение тяги (регуляторы тяги) и поддержание постоянного давления в камере сгорания (регуляторы давления).

Электронагреватели предназначены для поддержания заданного температурного режима, в частности для исключения замерзания высококипящих компонентов топлива (например, гидразин).

Кроме основных узлов и агрегатов в состав ЖРД могут входить узлы, обеспечивающие:

зажигание топлива в камере и ЖГГ (если топлива несамовоспламеняющиеся); различают пиротехнические, электроискровые и комбинированные воспламенители;

запуск турбины ТНА (пусковые твердотопливные ГГ, бачки с пусковыми компонентами топлива, газовые баллоны);

продувку определённых полостей двигателя инертным газом (азотом или гелием) при запуске и выключении двигателя (баллон с продувочным газом, трубопроводы и клапаны);

создание управляющих моментов и сил (шарнирный или карданный подвес основной камеры или двигателя в целом и др.);

наддув топливных баков (баллоны со сжатым гелием, редукторы давления газа, теплообменники для испарения и подогрева небольшой части основных компонентов топлива и подачи их в газовую подушку соответствующего бака и т.д.);

устойчивую работу ДУ (демпферы колебаний, устанавливаемые в топливных магистралях);

измерение требуемых параметров двигателя, необходимое как для работы систем регулирования и управления (электрокабели), так и для оценки работы основных узлов и агрегатов двигателя (телеметрические датчики, телеметрические кабели);

защиту агрегатов двигателя от тепловых потоков, исходящих от реактивной струи камеры (жесткие термозащитные экраны, мягкие теплоизоляционные чехлы и т.д.);

передачу тяги от двигателя к элементам ЛА и крепление различных агрегатов (рама двигателя, рама ТНА и т.д.);

За последнее время следует отметить ряд основных направлений развития ЖРД:

1) Значительное расширения типов двигательных установок с ЖРД в зависимости от назначения, параметров, эксплутационных свойств и других специфических особенностей. При этом стали более жесткие требования к упрощению эксплуатации двигателей, повышение их надежности, готовности к немедленному запуску, повышению удельного импульса, снижению габаритов, массы.

Освоение всё более энергетических топлив, которые позволяют удовлетворить главное требование к ЖРД — получение максимального удельного импульса, решения на этой основе все более усложняющихся задач.

Форсирование основных параметров ЖРД: тяги и давления в камере.

глубокое изучение рабочего процесса в камере и других агрегатах двигателя. Практика показывает, что без доскональных знаний рабочего процесса трудно с успехом использовать энергетические возможности современных мощных насосов.

5) Непрерывное совершенствование конструкции всех элементов и агрегатов ЖРД. Вместе с этим совершенствовалось и сама принципиальная схема двигательных установок, объединяющая все элементы в единое целое и обеспечивая их рациональное взаимодействие.

6) Создание ракетных двигателей, работающих на экологически безопасных для окружающей среды компонентах, например, кислород + керосин, кислород + водород, кислород + метан и т.д.

В конструкторской части диплома производится расчёт основных параметров двигателя. Определяется состав и параметры продуктов сгорания, рассчитываются теоретические и действительные параметры камеры сгорания, проводится профилирование камеры, дозвуковой и сверхзвуковой части сопла, рассчитывается наружное и внутреннее охлаждение, проводится расчёт ПГС, определяется мощность ТНА и проводится расчёт насосов и турбины. В специальной части диплома разрабатывается регулятор давления с несвязанными режимами настройки на предварительную и номинальную ступень тяги. Для регулирования режима работы двигателя используем малогабаритный регулятор расхода прямого действия со стабильными характеристиками. Регулятор предназначен:

для обеспечения запуска двигателя;

для автоматического вывода режима двигателя на главную ступень;

для поддержания заданного режима давления;

изменения режима работы двигателя по команде;

В части техники безопасности рассматриваются вопросы безопасности человека, защиты от поражающих факторов различной природы.

В организационно-экономической части разрабатывается функционально-стоимостной анализ проектируемого двигателя, рассчитываются нормативы затрат на НИР, составляется масштабный сетевой график выполнения работ