Реферат: Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД)

Топлива для тепловых двигателей должны обладать определен­ными физико-химическими, эксплуатационными, экономическими и экологическими показателями, обеспечивающими эффективную и надежную с заданным ресурсом работу двигателей в различных климатических, высотных и других условиях.

К эксплуатационным относят свойства топлив, определяющие надежность и экономичность эксплуатации двигателя. Такими свойствами являются детонационная стойкость (октановое тело) или склонность к воспламенению (цетановое число) углеводородных горючих для поршневых ДВС, температурные и концентрационные пределы воспламенения, пределы устойчивого горения, температура самовоспламенения, время задержки воспламенения или самовоспламенения, а также такие свойства, как испаряемость, прокачиваемость, , склонность к образованию отложений, коррозионную активность, охлаждающие свойства, совместимость с конструкционными материалами.

По своему назначению ЖРТ подразделяют на основные, пусковые и вспомогательные. Основными являются топлива, создающие всю или основную долю тяги двигательной установки. Пусковое топливо исполь­зуют в начальный период запуска двигателя для воспламенения несамо-воспламеняющихся при контакте основных компонентов. На продук­тах сгорания или разложения вспомогательного топлива могут работать турбины, рулевые сопла и другие агрегаты, не создающее непосредственно основной доли тяги двигателя.

По числу основных компонентов различают одно-, двух- и трехкомпонентные топлива. Современные ЖРД наиболее широко используют двухкомпонентныс жидкие топлива. Такое топливо срав­нительно безопасно в эксплуатации, допускает широкий выбор ком­понентов. К числу трехкомпонентных топлив можно отнести топлива, состоящие из окислителя и горючего, обеспечивающих высокий уровень выделения тепла, и третьего компонента, продукты нагрева или разложения которого обладают малой молекулярной массой и, следовательно, большой работоспособностью и удельным импульсом. В качестве третьего компонента может быть водород, метан и другие легкие вещества. Исследуемые трехкомпонентные топлива в боль­шинстве своем—топлива металлосодержащие, представляющие собой окислитель и горючее, в объеме которого равномерно распре­делены твердые частицы металла.

Двухкомпонентные топлива можно классифицировать по родст­венным окислителям, поскольку именно окислитель, содержание которого в различных тонливах составляет 75 95% (по массе), определяет особенности топливной композиции. Различают, в част­ности, кислородные, азотно-кислотные, азоттетроксидные, перекись-водородные, хлорные и фторные топлива.

В зависимости от реакционной способности окислителя и горю­чего при их непосредственном контакте топлива разделяют на само­воспламеняющиеся и несамовоспламеняющисся. Самовоспламеняю­щиеся компоненты топлива во всем диапазоне эксплуатационных температур и давлений реагируют при контакте в жидкой фазе с выделением тепла, достаточного для воспламенения топливной смеси. Воспламенение несамовоспламеняющихся в обычных услови­ях топливных пар можно обеспечить каталитическим воздействием, введением в один из компонентов активизирующих присадок или подводом тепла от внешнего источника.

По интервалу температур сохранения жидкого состояния топли­ва или их компоненты подразделяют на высококипящие и низкокипя­щие. Высококипящие компоненты топлива в условиях эксплуатации

имеют температуру кипения выше 298 К и хранятся в обычных условиях без потерь на испарение. Низкокипящие компоненты топ­лива при стандартном давлении имеют температуру кипения ниже 298 К и находится в газообразном состоянии. Некоторые компоненты (например, аммиак NHg) можно эксплуатировать как высококипя­щие при поддержании определенного (сравнительно небольшого) избыточного давления в баке. Среди низкокипящих компонентов выделяют группу так называемых криогенных компонентов топлив, имеющих температуру кипения ниже 120 К (-153°С). Криогенный компонент нельзя хранить в жидком состоянии без принятия специ­альных мер его тепловой изоляции. К криогенным компонентам относятся сжиженные газы: кислород, водород, фтор, метан и др. Для уменьшения потерь на испарение и увеличение плотности воз­можно применение криогенного компонента в шугообразном состоя­нии, т.е. в виде подвижной грубодисперсной двухфазной смеси твердой и жидкой фаз этого компонента.

По физической и химической стойкости в течение длительного времени различают топлива длительного хранения или стабильные, и топлива кратковременного хранения. Компоненты стабильных топлив имеют при максимальной температуре в условиях эксплуата­ции или хранения давление насыщенного пара ниже допустимого по условиям прочности баков, обладают стабильностью физико-хими­ческих свойств в течение заданного времени и допускают хранение в баках ракеты или других емкостях при эксплуатационных темпера­турах и давлениях без существенных потерь.

Задание.

Однокамерный ЖРД

Начальная масса m₀ = 13 000 кг

Конечная масса m₁ = 1 300 кг

Тяговооруженность b₀ = 1,1

Давление в КС p_oc = 8,8 МПа

Геометрическая степень расширения сопла = 600

=

Топливо:

О₂ + ……. Стабильное горючее (НДМГ).

3. Расчет размеров камеры и действительных параметров двигателя.

Расчет геометрии камеры ЖРД

ТОПЛИВО: О_2ж + НДМГ

Тяга камеры 140.000 кН

Давление на входе в сопло 8.80000 МПа

Удельный импульс 3518.0514 м/с

Расходный комплекс 1729.9965 м/с

Массовые расходы:

окислителя 25.739801 кг/с

горючего 14.291759 кг/с