Для данного Iуд и тяги уравнение (17.13) может быть использовано для оценки энергии и удельного массового расхода рабочего тела. Типичные значения h включены в табл. 17.4, которая также содержит полезную информацию по выбранным топливам и источникам энергии. Для большей информации по подсистемам энергоснабжения см. раздел 11.4 или Clark [1975].
Простейший путь для подачи топлива (или рабочего тела) в камеру сгорания - это вытеснение его из хранилища газом высокого давления. Альтернативные системы используют насосы, такие как поршневые или турбонасосы, которые могут управляться турбинами, усилителями газового давления или прямо электродвигателями. Узлы ведомых турбинами насосов могут получать подаваемую энергию или из цикла горячего газа (наиболее распространенный метод), или, в некоторых случаях, из электромеханических приводов, которые в свою очередь питаются аккумуляторами или солнечными батареями. В ближайшем будущем в двигательных системах может найти применение система питания, использующая усилитель газового давления.
Системы вытеснительной подачи топлива обычно используются для ракетных двигателей, которые обеспечивают уровни тяги и суммарного импульса от низкого до среднего (см. рис 17.8). Полный вес двигательных систем должен уменьшаться для упрощения системы подачи топлива. Это упрощение, часто получающееся при увеличении надежности, особенно привлекательно для применения в космических аппаратах. Тем не менее, так как требования полного импульса и/или тяги возрастают, вес топливных баков может стать чрезмерно высоким. Это потому что топливные баки для системы вытеснительной подачи топлива должны выдерживать более высокое давление, чем давление в камере сгорания двигателя, поэтому вес баков будет больше, чем для систем насосной подачи топлива. Системы насосной подачи топлива явно легче для задач, требующих высокую тягу и длительное полное горение, таких как ракеты-носители или большие верхние ступени [Fritz and Sackheim, 1982]. Так как есть разные варианты, мы должны заниматься исследованиями проекта и компромиссами для выбора лучшего варианта подачи топлива. Следующий раздел включает схематические диаграммы типичных систем жидкостно-реактивной тяги, использующих системы подачи топлива давлением или насосами. Более детальное обсуждение по турбонасосным сборкам представлено в Sutton [1986].
Рисунок 17.8. Системы подачи топлива под давлением
Для таких систем, как камеры давления, клапанные системы и топливные трубопроводы, требуются полностью газообразные топлива под высоким давлением для камеры сгорания. Системы хранения жидкости более сложные и нуждаются в управлении жидким топливом при нулевой гравитации для гарантии, что жидкость вытиснится из бака раньше, чем газ или пар. Для управления жидким топливом они могут использовать искусственную гравитацию, вызываемую вращающимся КА, или стабильным горением другого маленького ракетного двигателя, принудительным выталкиванием или устройством поверхностного натяжения. Системы принудительного выталкивания используют активный элемент (эластичный баллон, диафрагму, поршень или мембранную коробку) для отделения вытесняющего газа от жидких топлив при всех динамических состояниях и выталкивания жидкости из бака в топливопроводы по требованию. Жидкость вынуждена течь под слегка более высоким дифференциальным газовым давлением, действующим на устройство выталкивания. Таблица 17.9 показывает основные варианты, использующие баки принудительного выталкивания.
Таблица 17.9.
Имеющиеся варианты для баков принудительного выталкивания DP = разница давлений.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.