Ракетные двигатели
К тепловым двигателям относят жидкостные, твердотопливные и гибридные ракетные двигатели: ЖРД, РДТТ, ГРД. Схема ЖРД приведена на рис. 35, а; термодинамический цикл его работы — на рис. 35, б. Основные элементы ЖРД: 1 — выпускной патрубок газовой турбины; 2 — теплообменник-испаритель жидкого окислителя; 3 — теплообменник-подогреватель холодного газа; 4 — насос окислителя; 5, 6 —■ газовые магистрали иаддува баков ракеты; 7 — баллон сжатого газа; 8 — бак жидкого окислителя; 9 — бак жидкого горючего; 10 — насос горючего; 11 — газовая турбина; 12 — газогенератор; 13 — камера сгорания. *
Жидкие компоненты топлива из баков в ЖРД поступают при давлении р j (сумма давления наддува и гидростатического давления) и нагнетаются насосами в двигатель и частично в газогенератор под давлением р 2 (давление за насосами) — изохорный процесс 1-2 ( жидкость считается несжимаемой). Сгорание (подвод тепла д j) — изобарный процесс 2-3. реализуемый в камере сгорания, переходит в адиабатное расширение газа 3-4 в сверхзвуковом сопле 14. Замыкающая изобара цикла 4-1 условная, так как в насосы поступает новая порция ТРТ. ‘
Семейство современных ЖРД весьма многообразно: одно — и многокамерные двигатели, двигатели, работающие на криогенных
|
|
|
ЖРД |
|
9 |
|
|
|
|
(жидкий водород, жидкий кислород) и высококипящих компонентах (азотный тетроксид, несимметричный диметилгидразин, углеводородное горючее, керосин), двигатели, реализующие подачу в камеру сгорания разных фаз топливных компонентов (жидкость-жидкость, жидкость-газ, газ-газ, шуга — жидкость и т. д.). Шуга — это мелкодисперсная твердая фаза. Есть и еще один способ использования твердого топлива в ЖРД — это подача в камеру сгорания мелкодисперсного порошка, продуваемого газом, то есть псевдоожиженного компонента ТРТ. Большое разнообразие ЖРД объясняется и способами зажигания топлив: самовоспламенение, электроискра или тлеющий разряд, химическое зажигание, акустический нагрев поджигающего элемента и т. д. Общий вид одного нз реальных ЖРД представлены на рис.36 (двигатель F—1 «лунного» носителя США «Сатурн-5»).
По термодинамическому циклу ЖРД работают и РДТТ (рис.37), и ГРД, принцип действия которых во многом сходен, но в ГРД в камеру сгорания с твердым горючим подается жидкий или газообразный окислитель. На рис.37 изображены: 1 — корпус РДТГ; 2 — заряд твердого топлива; 3 — сопло; 4 — воспламенитель; 5 — запал. Заряды могут быть: а — канально-щелевыми: 1 — экранирующие РДТТ; 2 — канал; 3 — щель; б — звездообразными; в — торцевыми.