Способы управления вектором тяги РДТТ

Секция «Двигательные установки и системы терморегулированияЛА и КА»

поставленных задач. При проектировании выбираются те органы управления, которые наиболее полно отвечают требованиям технического задания.

Библиографические ссылки

1. Назаров Г. А., Прищепа В. И. Космические твердотопливные двигатели. М. : Знание, 1980. 63 с, ил. (Новое в жизни, науке, технике. Сер. Космонавтика, астрономия. № 7).

2. Современные отечественные ракеты-носители. Ракетно-космическая техника : учеб. пособие /

В. В. Филатов, М. Д. Евтифьев, Л. Н. Лебедева и др. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 144 с.

3. Алиев А. М., Липанов А. М. Проектирование ракетных двигателей твердого топлива. М. : Машиностроение, 1995. 400 с.

4. Ерохин Б. Т. Теория внутрикамерных процессов и проектирование РДТТ. М. : Машиностроение, 1991. 560 с.

© Асеинов Н. И., 2013

УДК 621.45.053

К. Ш. Ахметшин, С. Ю. Кирюхин, А. С. Рябинин Научный руководитель - В. П. Назаров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЯГИ ЖРД И РДТТ

Рассматриваются возможные способы регулирования тяги на твердотопливных и жидкостных ракетных двигателях и их сравнительная характеристика. Эффективность регулирования тяги в существующих ДУ.

Способы регулирования тяги ЖРД и РДТТ существенно отличаются, хотя и имеют применимые к обоим типам методы.

Регулирование тяги ЖРД может быть осуществляться следующими способами: регулирование расхода компонента поступающих в ЖГГ; регулирование соотношение компонентов в ЖГГ; регулирование давления подач компонентов на входе в камеру двигателя; регулирование расходов компонентов поступающих в камеру двигателя.

Способ регулирования расхода компонентов поступающих в ЖГГ относится к двигателям без дожигания генераторного газа с двухкомпонентным ЖГГ. На трубопроводе питания окислителя («О») восстановительного ЖГГ устанавливается регулятор тяги, одновременно на трубопроводе питанием горючим («Г») устанавливается еще один регулятор давления, корректирующий соотношение компонентов. Данный способ представляется достаточно надежным и позволяет достигать достаточно большого диапазона регулирования тяг (~ 100).

Способ регулирования соотношения компонентов в ЖГГ наиболее часто используют в двигателях с дожигание генераторного газа, он позволяет регулировать тягу в небольших пределах, диапазон составляет 12.5-20. Регулятором тяги является регулятор давления подачи «Г» в окислительный ЖГГ устанавливаемый на линию питания дополнительным компонентом. Регулятор поддерживает давление подачи «Г» в соответствии с давлением подачи «О». Кроме этого система управления может менять соотношение компонентов, что меняет термодинамические параметры генераторного газа и на выходе повлияет на давление в камере сгорания и тягу. Диапазон регулирования соотношения компонентов в данной схеме ограничен возрастанием температуры генераторного газа, поэтому у данного способа малый диапазон регулирования тяги.

Регулирование давления подач компонентов на входе в камеру двигателя. Регулятор давления «Г» изменяет давление подачи в соответствии с командой системы управления, а регулятор «О» изменяет давление подачи в соответствии с давление подачи «Г». Оба регулятора выполняют одновременную роль регулятора тяги и регулятора соотношения компонентов.

Регулирование расходов компонентов, поступающих в камеру двигателя. Регуляторы, поддерживая постоянство расходов «О» и «Г», обеспечивают одновременно поддержание тяги и соотношения компонентов на заданных уровнях. Оба регулятора могут получать соответствующие сигналы на перенастройку от системы управления.

Изменение тяги РДТТ существенно затруднено ограниченными возможностями воздействия на тягу в период работы двигателя. Скорость горения заряда и тяга двигателя существенно зависимы от начальной температуры заряда. Колебания температур, химического состава и технологические отклонения при изготовлении топлива вызывают определенный разброс энергетических характеристик и скоростей горения в двигателе.

Регулирование тяги РДТТ может быть осуществлено следующими способами: изменение площади критического сечения; ввод дополнительной массы в камеру; изменение поверхности горения; непосредственное воздействие на скорость горения; обнуление тяги.

При газодинамическом способе регулирования диапазон регулирования тяги составляет 1,7...2.0. К существенным недостаткам данного метода относиться: непроизвольные потери газа до 1/4 запаса топлива, необходимость иметь еще один источник рабочего тела управляющего канала и создание разности давлений управляющего и питающего потока. Для топ-

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

лив с низким V расход имеет малую чувствительность к изменению площади критического сечения, и высокую к изменению давления.

Регулирование тяги вводом в КС химически активной дополнительной массы позволяет получить отношение тяг равное 20. Данный способ позволяет реализовать охлаждение сопла, повысить удельную тягу. Другой способ ввод вторичной инертной массы в КС позволяет регулировать тягу малом диапазоне отношений тяг

Способ изменения поверхности горения позволяет регулировать изменение тяги в более широком диапазоне (диапазон устойчивого регулирования 3...6), чем регулирование с изменяющейся площадью критического сечения. Возможно достижение более широкого диапазона 1,5...8,0 с использованием методов подвижных нитей, поджатием катализатора к горящей поверхности, тепловых и силовых ножей, порционной подачи секций твердого топлива в КС. Наиболее перспективным методом является гидравлический метод, когда в заряде твердого топлива происходит высвобождение каналов заполненных жидкостью. К минусам этих методов стоит отнести конструктивную сложность.

При непосредственном воздействии на скорость горения электрическим способом регулирования тяги позволяет при мгновенном изменении электрического тока менять тягу двигателя. Этот способ мало применим по причине необходимости иметь на борту ЛА массивного источника электроэнергии.

Обнуление тяги посредством воздействия на зону горения акустической энергии, магнитного поля, ла-

зерного излучения исследованы слабо и полученные значения регулирования тяги весьма малы и составляют 1,5... 1,8. Кроме того при регулировании магнитным полем, источники питания электромагнитных катушек составляют более 10 % от массы заряда твердого топлива.

Судя по вышеизложенному материалу можно смело утверждать, что способы регулирования тяги ЖРД позволяют регулировать ее в более широком диапазоне и более просты в исполнении, меньше подвержены влиянию температурного фактора и не ограниченны в воздействии на тягу в процессе работы двигателя.

Библиографические ссылки

1. Кольга В. В. Проектирование ракет с ракетным двигателем на твердом топливе : учеб. пособие. Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2004. С. 84-96.

2. Алемасов В. Е., Дрегалин А. Ф., Тишин А. П. Теория ракетных двигателей : учебник для студентов высших технических учебных заведений / под ред. В. П. Глушко. М. : Машиностроение, 1989. С. 379-384.

3. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей : учебник для студентов вузов / Г. Г. Гахун, В. И. Баулин, В. А. Володин и др. /под общей ред. Г. Г. Гахуна. М. : Машиностроение, 1989. 424 с. : ил.

© Ахметшин К. Ш., Кирюхин С. Ю., Рябинин А. С., 2013

УДК 621.45.04.4

Я. Ю. Бакулин Научный руководитель - М. В. Кубриков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ И УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ДИАФРАГМ РАЗДЕЛИТЕЛЕЙ

Предложен вариант экспериментальной установки для исследования малоцикловой усталости материала АД-1, из которого возможно изготовления сферических диафрагм-разделителей топливных баков.

В вытеснительной системе подачи монотопливной ДУ используется сферический топливный бак с металлическим выворачивающимся разделителем. Диафрагма имеет поверхность полусферы, отбортованной по периферии торовой поверхностью.

В производстве разделителей применяется сплав АД-1. Его применение обусловлено его механическими характеристиками. Он обладает требуемой герметичностью и пластичностью. Но постоянная деформация материала приводит к появлению усталостной прочности, поэтому дальнейшее исследование необходимо проводятся именно в этой области.

Основная проблема состоит в том, что в результате процесса выворачивания после прохождения зоны перекатывания в материале действуют остаточные

упругие напряжения, и при выворачивании бака возможна потеря устойчивости.

Изучив [1] и [2] было решено изготовить испытательную установку.

Для определения усталостной прочности материала предлагается использовать его модель в виде гладких образцов с рабочей частью круглого сечения: трубчатые цилиндрические, сплошные цилиндрические, трубчатые корсетные, сплошные.

Для экспериментального исследования усталостной прочности предлагается разработать специальную установку. Установка будет представлять собой раму, на которой будет крепиться электродвигатель, который по средству ременной передачи будет передавать крутящий момент на шкив, закрепленный на валу, в