В ряде случаев для расширения возможностей применения серийно изготавливаемых ЖРД (в основном из-за постоянной тенденции к росту массы полезного груза носителей) возникает необходимость в увеличении их номинальной тяги (в форсировании), которое обеспечивается либо без каких-либо конструктивных переделок (увеличением расхода компонентов топлива с одновременным ростом давления в камере сгорания), либо при их возможно меньшем числе. В первую очередь могут потребоваться изменения размеров форсунок камеры и газогенераторов, увеличение площади минимального сечения сопла и расхода компонентов топлива (если желательно сохранить неизменным давление в камере сгорания), некоторая модификация ТНА (усиление роторов турбин, корпусов и крыльчаток насосов и т.д.). В качестве вариантов для увеличения массы полезного груза МТКК «Спейс шаттл» намечена программа модернизации ЖРД SSME с увеличением его максимальной тяги со 109 до 115% (а в дальнейшем до 130% ) ее номинального значения . Для указанной модернизации будут повышены рабочие давления и температуры . В результате могут возрасти уровни вибраций, турбулентности потоков компонентов топлива, нагрузки на лопатки турбины, подшипники, уплотнения и на элементы камеры сгорания. При модернизации важное значение отводится теоретическому компьютерному моделированию. Всего модернизации будут подвергнуты 130 различных элементов ДУ. Эта модернизация будет завершена в 1991 г.
Увеличение тяги ДУ первой ступени носителей. Одной из способов увеличения тяги ДУ первой ступени носителей является использование двух и большего числа боковых блоков первой ступени. В США часто в качестве блоков первой ступени применяют навесные твердотопливные ускорители, представляющие собой блоки с РДТТ средней или большей тяги. В РН «Энергия » используются четыре блока первой ступени с самыми мощными в мире кислородно-углеводородными ЖРД.
Для второй ступени МТКК и для второй и последующих ступеней РН оптимальным практически со многих точек зрения (в первую очередь из-за существенно более высокой эффективности и полной нетоксичности) является топливо жидкий кислород и жидкий водород. Применение этого топлива для указанных ступеней ограничено только повышенной стоимостью жидкого водорода. Двигатели второй ступени могут запускаться либо одновременно с запуском двигателей первой ступени (т.е. на земле, при продольном делении ступеней), либо после отделения блоков первой ступени (т.е. на большой высоте, при поперечном делении ступеней). В обоих случаях двигатели второй ступени длительное время работают в условиях большой высоты, практически в условиях пустоты. Поэтому степень расширения камер ЖРД второй ступени выбирают существенно более высокой, чем для камер двигателей первой ступени.
Для камер ЖРД второй ступени РН и МТКК в первую очередь следует рассматривать применение выдвижного соплового насадка. Его можно эффективно использовать и для камер ЖРД первой ступени РН и МТКК.
Следует отметить, что увеличение удельного импульса двигателей, работающих большую часть времени при очень низком атмосферном давлении, и сокращение габаритных размеров двигателей и носителя в целом наиболее легко обеспечить именно применением выдвижного соплового насадка, т.е. применением сопла с высотной компенсацией. Сопла с выдвижным сопловым насадком называют двухпозиционными.
Носители с двухрежимными ДУ. Для одноступенчатых и двухступенчатых носителей за рубежом рассматриваются различные варианты ДУ с двухрежимными ЖРД, имеющими высокие абсолютные и удельные параметры.
Различают следующие двухрежимные ЖРД:
1) двигатели с выдвижным сопловым насадком;
2) двигатели с двумя режимами работы на одном и том же топливе, значительно отличающимися соотношением компонентов топлива;
3) трехкомпонентные двухтопливные двигатели.
Основной особенностью двухрежимного кислородно-водородного ЖРД является ступенчатое изменение соотношения компонентов топлива при переходе с первого режима на второй. При первом режиме двигатель работает при соотношении компонентов топлива 13:1, а на втором -7:1. На первом режиме работы обеспечивается большая плотность топлива, но пониженный удельный импульс, а при соотношении 7:1, наоборот, -наибольший удельный импульс и наименьшая плотность топлива.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.