Впрыск жидкости или вдув газа в расширяющуюся часть сопла

Для создания сравнительно небольших управляющих воздействий и сил можно вводить рабочее тело в расширяющуюся часть сопла через отверстия (сопла), расположенные в стенке сопла, рис.103. Четырех сопел достаточно, чтобы создавать боковые управляющие силы по тангажу и рысканию. Сопла каждого квадранта вступают в работу после открытия клапана, установленного на трубопроводе, который подводит жидкость или газ.

При вводе рабочего тела через сопло газ или пары жидкости поступают в поток продуктов сгорания. На участке сопла перед местом ввода рабочего тела обеспечивается торможение части потока, устанавливается фронт косого скачка и образуется зона повышенного давления. В результате этого истекающая струя продуктов сгорания отклоняется от осевого направления и возникает боковая сила, направленная в сторону сопла, через которое вводится рабочее тело.

В качестве газообразного рабочего тела могут быть использованы:

- газы ( азот, аргон, гелий и т.д.), обеспечивающие предварительный наддув баков с основными компонентами топлива;

- генераторный газ;

- продукты сгорания, перепускаемые из камеры сгорания или сажающейся части сопла.

Рис.103

Газодинамическая система управляющих моментов и сил

Изменение величины тяги отдельных камер многокамерного двигателя

Если изменить величину тяги жестко закрепленных диаметрально расположенных двигателей, входящих в состав двигательной установки, то можно создать управляющий момент относительно центра масс ракеты и обеспечить ее разворот в плоскостях тангажа и рыскания.

9.6. Система регулирования величины вектора тяги ЖРД

Величина тяги ЖРД определяется расходом топлива в камеру. Расход, а, следовательно, и тягу можно изменять варьируя:

а) при вытеснительной подаче – давление в баках компонентов топлива;

б) при насосной подаче – частоту вращения вала ТНА;

в) при вытеснительной и насосной подаче – регуляторами расхода, устанавливаемыми на магистралях перед камерой (для вытеснительной подачи) и управляемыми приводами.

Основными условиями обеспечения устойчивого и плавного горения при снижении тяги двигателя являются одновременное сохранение перепада давления на форсунках и давления продуктов сгорания в камере.

Условие поддержания постоянства перепада давления на форсунках при работе двигателя с изменяющейся тягой осуществляется варьированием:

- числа форсунок, через которые компоненты топлива впрыскиваются в камеру сгорания;

- площади проходного сечения форсунки:

- плотности компонентов топлива (путем их насыщения газом);

- коэффициента соотношения компонентов топлива k_m.

Если различная величина тяги ЖРД с насосной системой подачи обеспечивается изменением частоты вращения насосов компонентов топлива, то турбина ТНА должна иметь систему, управляющую её мощностью. Нашли применение температурный, расходный и смешанный способы изменения мощности турбины ТНА.

Температурный способ применяется для двухкомпонентных ЖГГ; он состоит в изменении температуры генераторного газа, подаваемого на турбину, для чего на одной из магистралей питания газогенератора устанавливают регулятор расхода с электро - или гидроприводом, позволяющим увеличивать или уменьшать расход одного из компонентов в ЖГГ, а, следовательно, и коэффициент соотношения k_m для газогенератора.

Расходный способ состоит в изменении расхода газа через турбину при поддержании его постоянной температуры, что обеспечивается постановкой на подающих магистралях ЖГГ регуляторов расхода со специальными стабилизаторами, поддерживающими неизменным величину k_m .

При смешанном способе изменения мощности турбины одновременно изменяются и турбина и расход газа, подаваемого в камеру.

6.5. Основные направления совершенствования ЖРД

1. Применение перспективных жидких ракетных топлив.

а) повышение плотности компонентов ( жидкий кислород и водород в «шугообразном» состоянии; кислород и водород в состоянии, соответствующем их тройной точке; углеводородные горючие из отходов и побочных продуктов нефтехимического производства);

б) повышение энергетических характеристик топлив (использование топлив на основе фтора, металлосодержащих горючих, трехкомпонентных топлив).

2. Разработка новых схем ЖРД и ДУ.

А) ЖРД с кольцевой камерой и соплом с центральным телом;

б) двухтопливные ЖРД (один окислитель и два горючих, последовательно подаваемые в камеру ЖРД, например, « (О₂)ж + керосин » и « (О₂)ж + (Н₂)ж »);

в) ЖРД линейной конструкции, в которых камера и сопло имеют прямоугольное сечение.

3. Уменьшение габаритных размеров.

А) переход на повышенные значения давления в камере;

б) использование рациональных компоновок двигателя;

в) усовершенствование конструкции агрегатов (использование камер с центральным телом и т.д.).

4. Снижение массы ДУ.

а) использование конструкционных и композиционных материалов повышенной прочности;

б) использование передовых технологий производства;

в) интенсификация методов охлаждения камеры сгорания.

5. Обеспечение простоты и удобства эксплуатации, снижение времени подготовительных работ при запуске.

6. Повышение уровня надежности, ресурса и безопасности работы ДУ.

а) обеспечение эксплуатационной технологичности конструкции;

б) резервирование работы наиболее ответственных агрегатов;

в) испытание материалов, систем и агрегатов с имитацией эксплуатационных условий;

в) использование перспективных стратегий технического обслуживания и ремонта.

7. Снижение стоимости и времени конструкторско-технологической стадии создания ДУ

а) унификация основных узлов и агрегатов;

б) разработка систем, обеспечивающих спуск нижних ступеней ракетоносителей.

Литература

1. Болгарский А.В.Рабочие процессы в ЖРД. М: Высшая

школа. 1990. 282 с.

1. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. М.:

Машиностроение, 1968. 395 с.

1. Володин В.А., Ткаченко Ю.Н. Конструкция и проектирование

ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1984, 273 с.

1. Козлов А.А., Новиков В.Н., Соловьев Е.В. Системы питания и управления ЖРДУ. М.: 1988. 286 с.
2. Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчёт агрегатов

питания ЖРД. М.: Машиностроение, 1979, 343 с.

1. Ракеты – носители / под ред. Осипова С.О. М.: Воениздат, 1981,

314 с.