2 Основные типы ракетных двигательных установок

Различают два понятия "двигатель" и "двигательная установка".

Ракетным двигателем называют камеру и совокупность агрегатов, узлов и трубопроводов, обеспечивающих дозированную подачу компонентов топли­ва в нее. Указанные узлы и агрегаты размещаются непосредственно на камере или на раме двигателя, используемой для его крепления и передачи тяги к си­ловому кольцу ракеты-носителя.

Ракетная двигательная установка (РДУ) - более сложное устройство. РДУ включает в себя следующие системы и агрегаты.

1) Двигатели. В составе РДУ может быть один однокамерный или многока­мерный маршевый двигатель или несколько однокамерных маршевых двигате­лей с заданной суммарной тягой. Наряду с маршевыми двигателями в составе РДУ могут быть и

вспомогательные двигатели с относительно небольшой тягой (рулевые, тормоз­ные и т.д).

2) Баки с компонентами топлива. Внутри и снаружи баков устанавли­ваются различные агрегаты и трубопроводы: клапаны, расходные и заправочные трубопроводы и др.

Рисунок 8 - РДУ с газобаллонной вытеснительной подачей:

1-баллон со СГ; 2,5,6-клапаны; 3,4-топливные баки; 7-камера

3) Системы автономного управления (сау) и регулирования (сар)

4) Агрегаты систем наддува, продувок, контроля и др.

В зависимости от способа подачи компонентов топлива в камеру различают жидкостные РДУ с вытеснительной и насосной системами подачи топлива.

В РДУ с вытеснительной подачей компоненты топлива из баков в ка­меру подаются за счет энергии сжатых газов. Давление в топливных баках за счет их наддува газом поддерживается выше, чем в камерах.

Простейшая схема такой РДУ показана на рисунке 8. Двигательная установка состоит из камеры 7, топливных баков 3, 4, баллона со сжатым газом I и пневмоклапанов 2, 5, 6. При открытии клапана 2 сжатый газ из баллона поступает в газовую подушку топливных баков, давление в баках возрастает. При открытии клапанов 5 и 6 компоненты топлива поступают в камеру, в которой начинаются процессы горения и истечения продуктов сгорания из сопла. Для выключения двигателя необходимо закрыть клапаны 2,5 и 6. Рассмотренная РДУ обладает достаточной простотой,, высокой надежностью и имеет широкое применение в тех случаях, когда необходимы малые тяги и не­большие суммарные импульсы. С увеличением суммарного импульса тяги воз­растают массы газа и баллона, поэтому использование вытеснительной подачи становится нерациональным. РДУ с такой подачей имеет еще один недостаток - низкое давление в камере. Его повышение связано с необходимостью повышать давление в топливных баках, а значит, и толщины их стенок. Это приводит к возрастанию массы баков и всей РДУ.

РДУ с насосной подачей компонентов топлива из баков в камеру имеют в своем составе насосы (как правило, шнекоцентробежные). Привод насосов осу­ществляется газовой турбиной, рабочим телом для которой является генератор­ный газ, вырабатываемый в специальном газогенераторе. Давление в баках такой РДУ поддерживается существенно ниже давления в камерах. Конструктивно аг­регаты насосной системы подачи входят в состав ЖРД. Различают ЖРД с насос­ной подачей, работающие по схеме без дожигания (схема "жидкость - жид­кость") и по схеме с дожиганием в камере генераторного газа (схемы "газ жид­кость" или "газ - газ").

В состав ЖРД без дожигания (ЖРД «открытой» схемы с газогенератором, работающим на основных компонентах топлива) (рисунок 9) входят камера, турбонасосный агрегат, включающий в себя насосы окислителя 3,горючего 5, и газовую турбину 4, газогенератор 6, клапаны. Компоненты топлива с помощью насосов через клапаны подаются в жидком виде в камеру, часть их через клапаны отбирается в газогенератор. Продукты сгорания из газогенератора (генераторный газ с избытком горючего или окислителя) поступают на газовую турбину 4, приводят ее во вращение и далее выбрасываются через специ­альное сопло или патрубок в атмосферу, создавая небольшую тягу. Газовая турбина приводит во вращение насосы.

В состав ЖРД без дожигания (ЖРД «открытой» схемы с газогенератором, работающим на однокомпонентном топливе – перекиси водорода (Н₂О₂) (рисунок 10), входят камера 3, турбонасосный агрегат, включающий в себя насосы на основных магистралях окислителя и горючего 2, газовую турбину 4, газогенератор 6, насос, подающий компонент в газогенератор 5, клапаны. При зажигании пирошашки пирогаз из газогенератора поступает на первичную раскрутку турбины, которая приводит в движение насосы. Основные компоненты поступают в камеру, а для последующей раскрутки турбины насос 5 подает перекись водорода Н₂О₂ в газогенератор и тем самым турбина поддерживает вращение за счет продукта разложения перекиси водорода. Чтобы увеличить тягу двигателя (форсирование двигателя), увеличивают количество перекиси в газогенератор на раскрутку турбины, при уменьшении подачи перекиси водорода в газогенератор (дросселирование двигателя) и уменьшении оборотов ротора турбины тяга двигателя уменьшается.

В ЖРД без дожигания (рисунки 9, 10) выброс генераторного газа после турбины в окружающее пространство, минуя камеру, снижает удельный импульс дви­гателя в целом. С увеличением давления в камере это сниже­ние становится все более ощутимым, поэтому такие схемы применяются до давлений в камере 10...12 Мпа.

ЖРД с дожиганием имеют практически тот же состав агрегатов, что и ЖРД без дожигания. Однако в данных дви­гателях генераторный газ после турбины не выбрасывается в окружающее пространство, а по газоводу направляется в ка­меру для дожигания. Различают ЖРД с дожиганием типа "газ - жидкость" и ЖРД с дожиганием типа "газ - газ". В ЖРД с дожиганием типа "газ - жидкость" (рисунок 11) имеется один турбонасосный агрегат и один тип газогенератора. В таком ЖРД один из компонентов топлива (на приведенной схеме - окислитель) полным расходом от насоса 6 подается в газогенератор 3, второй компонент (на схеме - горючее) поступает в газогенератор небольшим рас­ходом от автономного насоса 8, Генераторный газ таким об­разом имеет большой избыток окислителя (является окисли­тельным газом). Основной расход горючего от насоса 7 по­дается на охлаждение камеры 10 и далее через ее смеси­тельную головку в жидком виде поступает в камеру. После совершения работы на турбине окислительный генераторный газ подается в камеру, где и сжигается с основной массой горючего. Образовавшиеся продукты сгорания истекают через реактивное сопло, создавая тягу двигателя.

ЖРД с дожиганием типа «газ-газ» (рисунок 12) имеет два ТНА и два типа газогенераторов: окислительный 5 с избытком окислителя и восстановителей 8 с избытком горючего. Газ первого газогенератора служит ра­бочим телом турбины 2, приводящей во вращение насос окис­лителя 3, газ восстановительного газогенератора аналогично приводит во вращение турбину 11 и насос горючего 10. Ге­нераторные газы после турбин поступают по газоводам в ка­меру 1, дожигаются и, истекая, создают тягу. Двигатели с дожиганием имеют более высокий удельный им­пульс и допускают повышение давления в камере до 20 МПа и выше.