Принцип действия химических ракетных двигателей, устройство образцов ЖРД и РДТТ, и назначение их основных элементов

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания служат пособием для выполнения студентами специальности 1302 лабораторной работы по курсу: "Конструкция двигателей летательных аппаратов". Настоящие указания могут быть использованы при выполнении лабораторной работы по ракетным двигателям студентами других специальностей института.

Методические указания включают цель работы, содержание задания, методику выполнения работы, порядок ее оформления и сдачи, исходные данные для расчета, вопросы для самоконтроля»

Задание определяет объем, который студенты должны выполнить во время работы. Содержание задания рассчитано на его выполнение в течение четырех академических часов.

Методика выполнения работы включает сведения о химических ракетных двигателях, данные по схемам и устройству изучаемых образцов ЖРД и РДТТ, последовательность операций по вычислению тяги двигателя и его удельного импульса, указания по построению высотой характеристики ракетного двигателя.

Методические указания содержат перечень отчетных материалов, представляемых преподавателю при защите студентами лабораторной работы.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление студентов с принципом действия химических ракетных двигателей, с устройством образцов ЖРД и РДТТ, с назначением их основных элементов.

2. ЗАДАНИЕ

При выполнении лабораторной работы студенты должны:

·  ознакомиться с принципом действия химических ракетных двигателей;

·  рассмотреть схемы и устройство образцов ЖРД и РДТТ;

·  изучить назначение основных элементов жидкостных и твердотопливных ракетных двигателей;

·  измерить диаметры критического и выходного сечений сопла, рассчитать тягу и удельный импульс тяги одного из образцов двигателя и построить для него высотную характеристику.

3. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

3.1. Химические ракетные двигатели

Химическим ракетным двигателем называют такой двигатель, который создает тягу за счет истечения из  его сопла продуктов сгорания топлива, образующихся в результате химических превращений. Продукты сгорания топлива называются рабочим телом.

Принципиальная   схема   последовательности   преобразования энергии в химическом ракетном двигателе представлена на рис.1.

Эта схема включает:

·  жидкое или твердое ракетное топливо (I), которой является источником энергии и источником рабочего тела;

·  камеру сгорания (2), в которой происходит преобразование химической энергии, заключённой в топливе, в тепловую энергию продуктов сгорания;

·  сопло (3) служит для преобразования тепловой энергии продуктов сгорания в кинетическую энергию их движения и истечения рабочего тела из двигателя.

Таким образом, в химическом ракетном двигателе источник энергии и запас рабочего тела совмещены. Это является отличительным признаком подобных двигателей.

Рис. 1. Принципиальная схема последовательности преобразования энергии в химическом ракетном двигателе

В ракетных двигателях источники энергии и рабочего тела полностью сосредоточены на борту летательного аппарата. Это позволяет двигателю нормально работать в любой окружающей среде (в атмосфере, в пустоте, под водой). При этом тяга, создаваемая двигателем, не зависит от скорости движения летательного аппарата.

Химические ракетные двигатели в зависимости от агрегатного состояние применяемого топлива делятся на жидкостные, твердотопливные и гибридные. Последний тип двигателя здесь не рассматривается.

3.2. Жидкостные ракетные двигатели

ЖРД в общем случае состоит из камер, турбонасосных агрегатов, газогенераторов, агрегатов автоматики, устройств для создания управляющих усилий, рамы, трубопроводов и вспомогательных устройств. ЖРД очень многообразны. Ниже рассматривается схема  (рис. 2) изучаемого образца двигателя. По такой схеме выполнен отечественный ЖРД РД-214. Этот двигатель имеет насосную систему подачи компонентов топлива, однокомпонентный газогенератор, работает без дожигания генераторного газа. РД-214 является в СССР первым мощным серийным ракетным двигателем. Он устанавливается на первой ступени ракеты-носителя "Космос". Основные элементы двигательной установки, представленной на рис. 2, включают:

·  баки основного топлива (1);

·  бак вспомогательного топлива (2) (80 % -ый раствор Н₂0₂);

·  перогазогенератор (реактор) (3);

·  насосы горючего и окислителя (4);

·  насос вспомогательного топлива (Н₂О₂) (5);

·  турбину (6);

·  камеру двигателя (7) (двигатель РД-214 включает блок из четырех камер, для упрощения рисунка на нем изображена одна камера);

·  агрегаты автоматики (8);

·  отбросное сопло (9).