Ракетные двигатели (РД) РД – это реактивный двигатель, использующий для работы

работы только
вещества – источники энергии, находящиеся на борту ЛА

Классификация РД по источнику энергии:

- химические

– тяга создается за счет разгона газообразных продуктов сгорания

компонентов химического топлива до

- ядерные

– нагрев и испарение рабочего тела за счет тепла, выделяемого

- электрические

– тяга создается за счет разгона заряженного газа (плазмы),

получаемого в генераторе плазмы, в электрическом поле до

Источники энергии и рабочего тела совмещены, т.е. энергия,выделяемая

при сгорании химического топлива, сообщается продуктам сгорания

этого же топлива.

в ядерном реакторе и разгон перегретого пара до

Источники энергии и рабочего тела разделены.

Источники энергии и рабочего тела разделены.

РД имеют относительно
небольшую удельную массу и способны сообщать ЛА

Используются для ускорения тяжелых аппаратов до
больших космических скоростей в околопланетных полетах

В электрических РД скорость истечения на порядок выше,
чем в ядерных, однако малый массовый расход, обуслов-
ленный природой рабочего тела (плазма), не позволяет
создавать тягу большой величины, но увеличивает время
работы РД.

Обеспечение дальних космических перелетов и управление

энергия топлива превращается в
потенциальную энергию газообразных ПС (

При расширении газа в РС потенциальная энергия ПС частично превращается

кинетическую энергию струи газа ( ).

Тяга РД при ( ):

– расход топлива;

– скорость поступления

Удельный импульс тяги:

Ракетные двигатели (РД)

Принцип создания тяги РД

где:

топлива в КС.

необходимо следовательно:
- (выбирать топливо

Ракетные двигатели (РД)

Принцип создания тяги РД

1.

2.

3.

молекулярной массой).

Тяга РД в вакууме (пустоте):

Удельный импульс тяги в вакууме:

Тяга РД в атмосфере ( ):

процесса в КС и РС РД,
вводится понятие расходного комплекса

При расчетном режиме работы РС -

- главная составляющая тяги, создается КС

- создается сужающейся частью РС

- создается расширяющейся частью РС

РД
- отношение главной составляющей тяги РД

Действительное (реальное) значение β можно
получить экспериментально.

Сравнение экспериментальных (действительных)
значений β с теоретическими используют для оценки
совершенства процессов (величины потерь) на участке
КС и сужающейся части РС.

комплекс – это комплекс параметров,
характеризующих свойства продуктов сгорания,
его

где - стехиометрическое соотношение.

или коэффициента избытка окислителя:

Теоретический расходный комплекс РД

постоянной R, при
увеличении количества
горючего в топливе,
не совпадает с

Поэтому максимум расходного комплекса β не совпадает
с максимумом Тк, а достигается при некотором избытке
горючего (α = 0,7…0,8)

Расходный комплекс однозначно характеризует ценность
ракетного топлива для обеспечения эффективной работы РД.

раз тяга РД больше
ее главной составляющей, не связанной

При расчетном режиме работы РС ( )

Так как сс = f (Fc /Fкр), то и КR = f (Fc /Fкр)

При

Чем выше значение , тем больше роль РС в создании тяги РД.

-
Используют для сравнения РД
с двигателями других типов
Удельный расход

- количество топлива, необходимое для
получения единицы тяги в единицу времени

- не зависит от условий полета (V, H), т.к. РД
не использует для своей работы окружающую среду

вещество (совокупность веществ) в жидком
состоянии, способное к химическим реакциям

Компонент ЖРТ (КРТ)

– отдельно хранимая и подводимая к двигателю

составляющая ЖРТ.

1. Окислительные КРТ – кислород (О2), фтор (F), азот (N);

2. Восстановительные КРТ – водород (Н), углерод (С),
алюминий (Al), литий (Li), бор (В).

диапазон от Тпл до Ткип должен быть
шире, чем диапазон от Тmin до Тmax
– температур эксплуатации, то есть: Тпл < Тmin; Ткип > Тmax.

Для длительного хранения КРТ в баках ракет в жидком состоянии

которых начинается при нагреве
(перекись водорода), или
введении катализатора (гидразин).
Многокомпонентные
(горючее +

– сложнее система подачи топлива,

но выше энергетика

Горючее – НДМГ ("гептил");

Окислитель – АТ ("амил");

Энегетические добавки – окислы

легких металлов (АI, LI и т.п.)

твердом состоянии, содержащее в своем
составе все необходимые компоненты для

Требования к ТРТ:

1. Высокие энергетические свойства;

2. Высокая плотность;

3. Высокие механические свойства;

4. Химическая и физическая стабильность;

5. Равномерность состава ТРТ по объему заряда;

Экономичность – распространенность сырья, простота
технологии изготовления ТРТ;

7. Независимость свойств ТРТ от влажности, температуры,
нагрузок;

8. Нетоксичность;

9. Необходимая скорость горения ;

органических веществ, молекулы которых
содержат как восстановительные, так и окислительные

Первая основа

– нитроцеллюлоза (избыток восстановительных элементов);

Вторая основа

– нитроглицерин (избыток окислитедьных элементов).

Достоинства ДТРТ:

- бездымность; - высокая скорость горения.

Недостаток:

- низкий удельный импульс тяги.

Стехиометрическое соотношение: но

если второй основы в растворе более 15% он становится желеобразным.

Топливо твердое – при соотношении следовательно,

в двухосновном ТРТ большой недостаток окислителя

2-я основа / 1-я основа = 8,75 / 1,

менее 1 / 6,6,

это механические смеси веществ, содержащих либо
преимущественно окислительные, либо преимущественно

Состав СТРТ:

1.

кристаллический окислитель

полимерное горючее (связующее)

2.

3.

4.

5.

- порошок легких металлов и их гидридов;

мощное взрывчатое вещество

технологические добавки.

- соли легких металлов;

- каучуки;

энергетические добавки

– гексоген ( )

Этапы изготовления заряда из СТРТ:

- подбор по размерам (просеивание) компонентов;

- тщательное перемешивание компонентов со связующим;

- заливка в корпус РДТТ в вакууме;

- полимеризация связующего (горючего).

газа
Состав:
1 – камера ЖРД;
2 – Газовая турбина;
3 – ЦБ

4 – ЦБ насос окислителя;

5 – Газовый генератор (ГГ);

6 – пусковые клапаны;

7 – регулируемые дроссельные краны;

10 – отсечные клапаны;

11 – выхлопной патрубок.

8 – Пусковая турбина;

9 – Пусковой газовый генератор;

газа
Горючее Г и окислитель О из баков подаются с

Генераторный газ, образующийся при
сгорании горючего и окислителя в ГГ 5,
расширяется в ГТ 2, совершая работу по
ее вращению (приводу ЦБ насосов 3, 4),
и выбрасывается в атмосферу через
выхлопной патрубок 11

Недостаток - генераторный газ выбрасываются
в атмосферу, не участвуя в создании тяги РД,
что приводит снижению экономичности РД

горение с большим
избытком окислителя;
- после расширения в ГТ генераторный

содержащий не прореагировавший окислитель,

поступает в камеру ЖРД, где догорает,

с последующим расширением ПС в РС.

Преимущество

- все топливо

участвует в создании тяги

(повышается экономичность).

Недостатки:

- сложность доводки ЖРД;

- не достаточно устойчивая работа

Принципиальные схемы ЖРД

смесительная головка;
- элементы автоматики;
- система топливоподачи;
Корпус камеры выполняется двустенным,
охлаждаемым

Стенки соединяются гофрами или ребрами

Внутренняя поверхность камеры защищается завесным пленочным

охлажденим и теплозащитным покрытием (ТЗП) на основе

двуокиси циркония или пористого хрома.

Максимальные тепловые потоки – в критическом сечении.

– форсунки;
2 – внутреннее днище;
3 – среднее днище;
4

5 – спрямляющая решетка;

6 – газовод;

7 – силовое кольцо.

Система топливоподачи

- ТНА (турбо-насосный агрегат);

- обеспечивает бесперебойную

подачу КРТ в камеру ЖРД:

- ГГ (газо-генератор);

- трубопроводы.

топливо,
находящееся в твердом агрегатном состоянии
Состав РДТТ:
1 – корпус

2 – сопловой блок;

3 – заряд твердого топлива;

5 – активное ТЗП;

4 – воспламенительное устройство;

6 – пассивное ТЗП;

8 – узлы отсечки тяги.

7 – заглушка СБ;

- образует КС и является корпусом
ступени ракеты. Выполнен в виде

Сопловой блок - из композиционного материала на основе
углеродного волокна.
Критическое сечение защищено
вкладышем из пирографита
облицованного молибденом или
вольфрамом (пассивное ТЗП).

Для уменьшения длины РДТТ
СБ частично погружается в КС и
крепится к корпусу неподвижно,
или на специальном шарнире
(для управления вектором тяги).

Тепловые потоки q:

1 – конвективный;

2 – лучевой;

3 – интегральный.

- заливается в корпус и составляет
с ним единое целое, повышая

Воспламенительное устройство – навеска с горючим,
предназначенным для поджига заряда (запуск РДТТ).

Активное ТЗП – каучуковое покрытие днищ корпуса,
горящее с низкими температурами, отсекая высокие
температуры из зоны горения заряда

Заглушка – защищает внутреннюю поверхности заряда от
воздействия окружающей среды, а так же позволяет создать
рабочее давление внутри КС при запуске РДТТ

Узлы отсечки тяги – предназначены для прекращения
горения в КС РДТТ

РДТТ:
-простота конструкции;

-нетоксичность топлива;

-отсутствие необходимости
заправки ракеты;

-простота и быстрота запуска;

-высокая

Недостатки РДТТ:

-меньший, удельный импульс
тяги;

-невозможность управления
величиной тяги;

-зависимость прочности корпуса
и топлива от внешних условий.

Высокая жесткость конструкции, обеспечивающая высокие
допустимые перегрузки при транспортировке, пуске ракеты
и маневрах на траектории полета, позволила создать
мобильные ракетные комплексы. Пуск может произведиться
в любой точке маршрута движения,