Системы питания с автономной турбиной

После автономной турбины газ поступает в специальные сопла (иногда это рулевые сопла управления ракетой) и выбрасы­вается через них, создавая дополнительную тягу. Если хотя бы один из компонентов топлива является криогенным, то перед поступле­нием в сопла газ используется для испарения в теплообменнике определенного количества криогенного компонента, предназначен­ного для наддува бака с этим компонентом. Если одни из компонен­тов топлива высококипящий (некриогенный), то часть газа после турбины может использоваться для наддува бака с этим компо­нентом.

Источник энергии автономной турбины может быть связан с каме­рой сгорания двигателя и может быть независимым от нее. В первом случае турбина работает на газе, отбираемом из камеры сгорания, с последующим понижением его температуры до допустимой для турбины (например, с помощью впрыска одного из компонентов топлива) или на газе, полученном газификацией жидкости в рубашке охлаждения камеры сгорания. Оба эти способа использования камеры сгорания как источники энергии для турбины не нашли широкого применения в ЖРД. Первый способ потому, что решение задачи отбора газа получается сложным и снижает прочность и на­дежность камеры сгорания, а второй - ввиду его сложности и уве­личения массы ЖРД.

В схеме с источником энергии турбины, независимым от камеры сгорания, газ для турбины получают в специальном газогенераторе. На рис. 1.17 приведена, схема системы питания ЖРД с автономной турбиной, к которой подводится газ из газогенератора, работающего на основных компонентах топлива. Такая схема является основной для ЖРД с автономной турбиной. Часть компонентов после насосов направляется в газогенератор. Газ после турбины используется для испарения части компонента, идущего на наддув бака.

Газогенератор работает при значительном избытке одного из компонентов для того, чтобы получить газ с температурой, допусти­мой для турбины из соображений прочности (обычно 800... 1200 К). В зависимости от того, с избытком горючего или избытком окисли­теля работает газогенератор, газ, поступающий на лопатки тур­бины, будет восстановленным или окислительным. Чаще всего в схеме с автономной турбиной используется восстановительный газ, так как у него больше работоспособность- больше значение газовой постоянной. Кроме того, окислительный газ при высоких темпера­турах обладает сильными окислительными свойствами, опасными для металлических деталей.

Газом, отбираемым после турбины, наддувается бак того компо­нента топлива, на избытке которого работает газогенератор. Рабочим телом турбины могут быть продукты разложения однокомпонентного топлива. Химически неустойчивые вещества: перекись водорода, гидразина, изопропнлнитрата и другие, которые разлагаются и гази­фицируются в присутствии жидкого или твердого катализатора или газифицируются путем теплового разложения. Твердый катализатор присутствует в газогенераторе, а жидкий катализатор подается в газогенератор, как и газифицируемое вещество, насосом или вы­теснением из бака (рис. 1.18).

Во всех схемах систем питания ЖРД с автономной турбиной удельный импульс двигателя снижается в результате затраты то­плива на получение газа, выбрасываемого после турбины в атмосферу с меньшей скоростью, чем скорость его истечения из основного сопла. Кроме того, химическая энергия этого газа не используется в двига­теле в полной мере, так как в этом газе присутствуют в виде пара окислитель или горючее, а в случае восстановительного газа, также продукты неполного окисления горючего.

Для повышения экономичности ЖРД с автономной турбиной расход газа через турбину должен быть возможно меньшим, т. е. автономная турбина является малорасходной. При заданной мощности турбины, равной мощ­ности, потребляемой насосами, требование малого расхода озна­чает, что турбина должна созда­вать возможно большую удель­ную работу- работу, отнесенную к массе газа, т. е. единице расхода газа должна соответствовать возможно большая мощность.

Получить большую работу с единицы массы газа можно, если газ имеет высокую энергию. Так как температура газа ограничена прочностью турбины, то увеличить энергию газа можно увеличением его давления. Давление на выходе из автономной турбины сравни­тельно невелико (0.2... 0,5 МПа), поэтому при высоком давлении газа на входе автономная турбина имеет большую степень понижения давления . Обычно 20...50. Таким образом, автономная тур­бина является малорасходной, с большой степенью понижения давления . Напомним, что в случае предкамерной турбины — 1,3... 1,8. Насосы в системе питания с автономной турбиной должны обладать высоким КПД так как уменьшение КПД увели­чивает затрачиваемую мощность на их привод и соответственно расход газа через турбину. Относительный расход газа на автоном­ную турбину (отношение расхода через турбину к общему расходу компонентов) зависит от тяги двигателя и давления в камере сго­рания и составляет 2... 6 %. Примерно настолько же падает удель­ный импульс двигателя с автономной турбиной.

Дата добавления: 2014-01-20