Двигательные установки ракет

1. Назначение и классификация двигательных установок ракет

Все ракеты независимо от типа аэродинамической схемы и конструктив­ных особенностей снабжены реактивными двигателями. Реактивный двигатель служит для преобразования химической энергии топлива в тепловую, а затем в кинетическую энергию газовой струи. В результате истечения газов из сопла двигателя образуется реактивная сила, перемещающая ракету в пространстве.

Схема классификации реактивных двигателей приведена далее.

В ракетных двигателях горючее и окислитель находятся на борту ракеты. В воздушно-реактивных на борту ракеты находится только горючее. Окислите­лем является воздух.

2. Устройство и действие двигательных установок ракет

Схема жидкостного реактивного двигателя (ЖРД) приведена на рис. 1.16. Сжатый воздух, находящийся в воздушном баллоне, через редуктор (обеспе­чивающий снижение давления) вытесняет двухкомпонентное топливо в камеру сгорания Здесь топливо, образуемое горючим и окислителем, распыляется с помощью форсунок и поджигается воспламенителем. Существуют и такие топ­лива, которые самовоспламеняются. В этом случае воспламенитель отсутству­ет. Образовавшиеся газы и обеспечивают движение ракеты.

Рис. 1.16. Структурная схема жидкостного реактивного двигателя

Схема реактивного двигателя твердого топлива (РДТТ) изображена на рис. 1.17. В этом двигателе применяется унитарное топливо, включающее в себя и горючее, и окислитель. Оно располагается в самой камере сгорания. Топливо может иметь форму шашек, соответствующих диаметру и длине камеры сгорания, цилиндров или труб. Форма определяет площадь поверхности горения, а значит, и силу тяги двигателя. Воспламенение топлива может производиться пиропатроном.

Схема турбореактивного двигателя (ТРД) показана на рис. 1.18. Воздухозаборник раке­ты направляет воздушный поток в компрес­сор двигателя. Компрессор включает в себя 7...17 вращающихся дисков с лопатками (степеней сжатия воздуха). Он обеспечивает повышение давления воздуха в 4-5 раз и на­гнетает его в камеру сгорания. Кислород воз­духа является окислителем.

Сюда же подается и горючее, в резуль­тате чего в камере сгорания образуется воз­душно-топливная смесь. При возгорании смеси выделяются газы, проходящие через турбину в сопловую часть двигателя. Потоки газа вращают турбину и диски компрессора, закрепленные на общей оси. В сопле газы расширяются и истекают в атмосферу с большой ско­ростью, создавая реактивную тягу.

Прямоточный воздушно-реактив­ный двигатель (ПВРД) компрессора и турбины не имеет. В этом случае не­большое сжатие воздуха происходит за счет движения ракеты.

Пульсирующий воздушно-реактив­ный двигатель (ПуВРД) подобен ПВРД, но в нем между воздухозаборником и

камерой сгорания установлена перегородка с системой клапанов. Эти клапаны периодически открываются, подавая одновременно воздух и горючее в камеру сгорания. Горение топлива происходит чередующимися вспышками. В резуль­тате этого тяга двигателя создается импульсно - истечение газов - импульси-рующее.

Топливо ЖРД может состоять из следующих компонентов:

1. Жидкие горючие вещества:

а) анилин

б) гидразингидрат

в)диметилгидразин

г) смесь 50% триэтиламина и 50% ксилидина и др.

2. Окислители:

а) жидкий кислород (O2);

б) азотная кислота (HNO3)

в) четырехокись (N2O4) азота;

г) перекись водорода (H2O2);

д) смесь: азотной кислоты и четырехокиси азота, и др. Жидкие горючие вещества богаты углеродами, а окислители - кислоро­дом. Смесь триэтиламина и ксилидина называется “Тонка-250” и является са­мовоспламеняющейся. Все окислители являются агрессивными веществами, что усложняет работу с ними. Для снижения агрессивности в эти вещества до­бавляют ингибиторы: ортофосфорную кислоту, йод, серную кислоту.

Топливо для РДТТ - это или нитроглицериновые (бездымные) пороха, на­зываемые баллистными, или следующие смесевые вещества:

1. Перхлорат калия (76%) + асфальт (17%) + нефть (7%).

2. Перхлорат аммония (80%) + каучук (20%).

3. Нитрат аммония (80%) + каучук (18%) + катализатор (2%), и др. Для улучшения процесса горения в твердое топливо добавляют катализа­торы: соли некоторых металлов, сажу и другие вещества.

3. Основные параметры двигательных установок ракет

К числу основных параметров двигательных установок относятся:

- сила тяги;

- удельная тяга;

- коэффициент весового совершенства.

Силой тяги Pт называется равнодействующая сил давления газов, рас­пределенная по всей внутренней поверхности камеры сгорания двигателя:

где М*- секундный расход газов, кг/с; wа -скорость истечения газов в выход­ном сечении сопла, м/с (может достигать 3000 м/с); Sa - площадь выходного

сечения, см2 (обычно составляет 10... 20 см2); рa -давление газов в выход­ном сечении сопла, Па; р - давление окружающей среды, Па.

В ракетах ВМФ применяются двигатели с тягой 5000.400 000 Н. Одна и та же тяга может быть создана при различном расходе топлива, поэтому со­вершенство двигателя и эффективность его работы оценивают удельной тягой

которая составляет 3000...4000 м/с.

Коэффициентом весового совершенства двигателя альфа дв называют отно­шение массы двигателя m дв к массе топлива mт, располагаемого на ракете:

Этот коэффициент лежит в пределах 0,1... 0,2.

Поиск по сайту: