Двигатель на холодном газе является только управляющим, это источник сжатого газа и сопло. Он представляет собой простейший вид ракетного двигателя. Холодный газ имеет много применений, где простота более важна, чем высокая эффективность. Примером такой системы является используемый астронавтами пилотируемый маневровый блок.
Системы химического сгорания наиболее распространены для космических задач. Они могут быть разделены на три основные категории: жидкостные, твердотопливные и гибридные. Терминология передает физическое состояние приготовленного топлива. (В английском языке обычно ракетные двигатели, использующие твердые топлива, называются motors, использующие жидкое топливо двигатели большой тяги называются engines, использующие жидкое топливо двигатели малой тяги - thrusters).
В системе жидкостного ракетного двигателя топливо хранится как жидкость в баках и подается по требованию в камеру сгорания посредством газа наддува или помпой. В двухкомпонентных двигателях химически реагирует топливо и окислитель, а в однокомпонентных двигателях каталитически разлагается одно топливо. Двухкомпонентные двигатели обеспечивают наивысший удельный импульс, но содержат дополнительные сложные и дорогие системы. Таблица 17.6 показывает жидкостные ракетные двигатели, используемые для верхних ступеней или являющиеся составной частью двигательных систем космических аппаратов.
Жидкостные двухкомпонентные двигатели. Рисунок 17.2 схематически показывает двухкомпонентную двигательную систему, используемую для изменения скорости космического аппарата и коррекции его орбиты. Это система вытеснительной подачи топлива, использующая ракетное топливо наземного хранения, и предназначена для длительного полета. Она содержит один радиационно-охлаждаемый, жидкотопливный двигатель тягой 45 кгс, который использует топлива N2O4 и монометил гидразин (MMH). Имеется два бака принудительного выталкивания для топлива и два для окислителя. Бак газа наддува хранит гелий при абсолютном давлении 280 кгс/см2, регулирует поток четырехкратно-резервированный регулятор вместе с разрывной мембраной и предохранительным клапаном. Вместе они обеспечивают подачу давления 15 кгс/см2 в баки топлива, даже после отказа одного регулятора. Баки и топлива и окислителя могут использовать топливные устройства управления для подачи топлива к двигателю. Разрывные мембраны и пироклапаны изолируют топливо от двигателя (и газ высокого давления от баков топлива), пока система не готова к работе. Изоляция жидкой среды улучшает полную надежность системы. Эта система имеет также клапаны ручной загрузки и спуска, чтобы загрузить ракетное топливо и газ наддува в систему, а также ручные клапаны для проверки утечки системы с двух сторон от изолирующих пироклапанов и регуляторов. Проверка клапанов обеспечивает расход жидкости только в правильном направлении и гарантирует, что топливо и окислитель никогда не смогут перемешаться где-нибудь в системе, за исключением двигателя. В заключение предусматриваются преобразователи давления, фильтры, датчики температуры и нагреватели трубопроводов и компонентов, чтобы обеспечить надлежащую работу системы.
Другой тип системы использует криогенный двигатель надстройки цикла (topping cycle engine). Топливо сначала подается сквозь охлаждающую рубашку камеры сгорания по способу, известному как регенеративное охлаждение. После все топливо сгорает с частью окислителя в камере предварительного сжигания высокого давления (предкамере). Продукты сгорания обеспечивают высокоэнергетический газ для работы двигателей турбонасосов. Потом весь поток выхлопных газов из турбины впрыскивается в главную камеру сгорания, где сгорает с остальным окислителем. Так как есть предкамера, цикл работает с повышенным давлением, которое приводит к уменьшению камеры сгорания. Дополнительное давление снижается в предкамере, и турбины требуют давление на выходе из насосов топлива и окислителя значительно большее, чем в двигателях открытого цикла. Поэтому надстройка цикла нуждается в более тяжелых и сложных насосах, турбинах и трубопроводах. Однако это может обеспечить наивысший удельный импульс для данной топливной комбинации.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.