Бортовые газодинамические исполнительные системы летательных аппаратов. Часть 3. Бортовые источники рабочего тела на однокомпонентном жидком топливе
Бортовые газодинамические исполнительные системы летательных аппаратов: Обзор источников рабочего тела на однокомпонентном жидком топливе
В данном учебном пособии, предназначенном для студентов и преподавателей, изучающих проектирование бортовых энергетических установок и исполнительных систем летательных аппаратов, рассматриваются бортовые источники рабочего тела, функционирующие на однокомпонентном жидком топливе. Актуальность работы обусловлена необходимостью создания эффективных систем управления для ракет и космических аппаратов, особенно в условиях многократных запусков и работы в вакууме.
Преимущества и недостатки систем на однокомпонентном топливе
Авторы подробно описывают устройство, принципы работы и области применения таких систем, уделяя внимание их преимуществам и недостаткам. К преимуществам относятся простота конструкции, меньшая чувствительность к изменению температуры окружающей среды, отсутствие необходимости в элементах для поддержания требуемого соотношения компонентов, простота процесса генерации рабочего тела (обычно при контакте топлива с катализатором), относительно низкая температура сжатого газа и возможность получения чистых продуктов разложения, что критично для космических аппаратов с оптическими устройствами.
Однако, системы на однокомпонентном топливе имеют и недостатки, ограничивающие их применение. Среди них: ухудшение динамических свойств и экономичности в импульсных режимах, трудности создания надежного катализатора, токсичность исходных веществ и высокая стоимость катализатора разложения топлива.
Однокомпонентные топлива и их свойства
В качестве рабочих тел в таких системах используются различные однокомпонентные жидкие топлива, такие как высококонцентрированная перекись водорода (H2O2) и гидразин (N2H4). В пособии приводятся теплофизические свойства этих и других топлив, а также рассматриваются особенности их разложения. Перекись водорода разлагается в присутствии катализатора (например, перманганата калия), образуя воду и кислород. Гидразин разлагается с выделением теплоты и образованием газообразных продуктов (аммиак, азот и водород). Подробно рассматриваются химические реакции, выделение теплоты и теоретические зависимости температуры и тепловыделения от концентрации топлива.
Анализ энергомассовых характеристик и расчет параметров
В пособии представлен анализ энергомассовых характеристик реактивных систем управления на однокомпонентном жидком топливе. Рассматриваются формулы для определения полной массы системы, массы топлива, необходимого для создания заданного импульса тяги, массы емкостей для размещения топлива и газа наддува. Выводятся зависимости, позволяющие оценить массу системы в зависимости от тяги и полного импульса тяги.
Особенности расчета жидкостных газогенераторов
Отдельное внимание уделяется особенностям расчета основных параметров жидкостных газогенераторов. Рассматриваются методы определения массы катализатора, эффективного объема газогенератора, времени пребывания топлива, а также влияния различных факторов на процесс разложения топлива. Приводятся практические рекомендации по выбору параметров и конструктивных решений, основанные на экспериментальных данных и опыте проектирования.
- ВО - Специалитет
- 24.05.01: Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов
- 24.05.02: Проектирование авиационных и ракетных двигателей
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана B.C. Владимиров, В.П. Строгалев, И.О. Толкачева БОРТОВЫЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Часть 3 Бортовые источники рабочего тела на однокомпонентном жидком топливе Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия по курсам «Проектирование бортовых энергетических установок ракетного оружия» и «Проектирование бортовых исполнительных систем» Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2006
УДК 629.7.064(075.8) ББК 39.56 Т 57 Т 57 Рецензенты: Б.А. Галейчук, В.Е. Смирнов Владимиров B.C., Строгалев В.П., Толкачева И.О. Бортовые газодинамические исполнительные системы ле тательных аппаратов. Ч.3: Бортовые источники рабочего тела на однокомпонентном жидком топливе: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 36 с.: ил. В третьей части учебного пособия описаны устройство, функционирование и области применения бортовых источников рабочего тела на однокомпонентном жидком топливе, а также рассмотрены особенности протекания рабочих процессов и расчета основных параметров жидкостных газогенераторов. Для студентов, изучающих дисциплины «Проектирова ние бортовых энергетических установок ракетного оружия» и «Проектирование бортовых исполнительных систем». Также будет полезно аспирантам и преподавателям, ведущим аудиторные занятия по заданным дисциплинам. Ил. 14. Табл. 3. Библиогр. 14 наим. УДК 629.7.064(075.8) ББК 39.56 Учебное издание Bладимир Cергеевич Владимиров Валерий Петрович Строгалев Ирина Олеговна Толкачева БОРТОВЫЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Часть 3. Бортовые источники рабочего тела на однокомпонентном жидком топливе Редактор C.А. Серебрякова Корректор Л.И. Малютина Компьютерная верстка В.И. Товстоног Подписано в печать 10.10.2006. Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Печ. л. 2,25. Усл. печ. л. 2,09. Уч.-изд. л. 1,85 Тираж 100 экз. Изд. № 102. Заказ Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская, 5. c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006
ВВЕДЕНИЕ Развитие ракетной техники и освоение космического пространства поставило перед наукой и техникой новые проблемы, важнейшая среди которых — создание и усовершенствование двигательных установок (ДУ) для ракет и космических летательных аппаратов (ЛА). При этом весьма важной остается проблема создания и усовершенствования ДУ для управления движением ЛА на траектории и, в частности, их ориентации и стабилизации, коррекции скорости полета и траектории, проведения маневров по стыковке и расстыковке с другими аппаратами и т. д. Поэтому создание двигательной установки для управления движением ЛА — одна из основных задач, решаемых при проектировании аппарата. От успешного решения этой задачи зависит эффективность ЛА и эффективность выполнения программы полета. Особенно это важно применительно к космическим ЛА (ракетоносителям, космическим кораблям, орбитальным и межпланетным автоматическим и пилотируемым станциям). Для управления движением космического аппарата в пространстве широко используются реактивные двигательные установки, представляющие собой системы с несколькими реактивными двигателями малой тяги, установленными по различным каналам управления и стабилизации, и общей системой питания. Такие двигательные установки получили название реактивных систем управления. К реактивным системам управления предъявляют весьма жесткие требования, во многом отличные от требований к маршевым (тяговым) двигательным установкам ракет. Это объясняется многократными запусками двигателей в условиях космического вакуума и невесомости, а также импульсным режимом работы с высокими динамическими характеристиками. 3
В настоящее время в качестве рабочего тела двигателей таких систем используются сжатые газы или продукты реакции одноили двухкомпонентного жидкого или твердого топлива. Реактивные системы на однокомпонентном жидком топливе в большинстве случаев (при необходимости применения многократных запусков — включений и выключений ДУ) являются наиболее простыми и эффективными системами управления. В связи с этим они нашли широкое применение на многих типах космических ЛА. В данном учебном пособии авторы систематизировали изложение опубликованных ранее материалов по вопросам устройства, функционирования, областей применения, преимуществ и недостатков бортовых источников рабочего тела на однокомпонентном жидком топливе, особенностей расчета основных параметров жидкостных газогенераторов, а также анализа энергомассовых характеристик источника питания и системы управления на однокомпонентном жидком топливе.
Похожие