1 навчальне питання
Класифікація та області застосування
рідинних двигунів
Рідинним називається такий ракетний двигун, який використовує паливо, що вміщує тільки рідкі речовини (рідинні палива).
Рідинні ракетні двигуни (РРД) можна класифікувати за наступними признаками:
по призначенню: маршеві (основні), стартові (розгінні) та допоміжні;
по роду палива: роздільної подачі (двохкомпонентні) і унітарні; самозаймисті і несамозаймисті;
по кількості камер: однокамерні і багатокамерні;
по управлінню тягою: регулюємі і нерегулюємі;
по типу системи подачі палива: з насосною і витиснювальною системою подачі;
по формі камери: з циліндричною, конічною, кулеподібною, комбінованою камерами, прямоточною камерою (полутепловим соплом);
по способу охолодження: з внутрішнім охолодженням, з зовнішнім охолодженням або з ізотермічним покриттям;
по типу системи спалахування: з хімічною, з електричною, або з піротехнічною системою;
по кількості включень: одноразової дії і багаторазової дії.
Кожен з типів можна класифікувати ще по ряду признаків (глава І), але це потребує детального розгляду будови і принципу роботи окремих агрегатів і систем двигуна.
У зв´язку з тим, що РРД дозволяє отримати велику питому тягу, його частіше за все використовують в якості основних (маршевих) двигунів ракет, більшістю великих (важких) балістичних і космічних. Крім того, за цієї причини, РРД можуть використовувати в якості стартових двигунів для розгону ракет і літаків. Ці двигуни надійні, забезпечують простоту включення і зупинки, тому їх часто використовують в якості допоміжних (двигуни корекції або гальмівні), або в якості генераторів газового струменя високої швидкості, акумуляторів тиску газів.
Вимоги до РРД дуже жорсткі. Їх ми розглядали впершій главі і вони є загальними для усіх ракетних двигунів. Адже для РРД бойових ракет додатково являються вимоги: пуск в найкоротший час і довготривале зберігання в підготовленому до пуску стані.

2 навчальне питання
Загальна будова та принцип роботи рідинного
ракетного двигуна
Рідинний ракетний двигун в загальному випадку складається з наступних агрегатів (рис.1):
камери двигуна (1);
агрегатів подачі палива (2);
агрегатів автоматичного регулювання роботою двигуна (3).
Необхідно відрізняти поняття ракетний двигун і ракетна двигунна установка (РДУ). В загальному випадку двигунна установка включає до свого складу двигун і системи, що забезпечують його роботу. Ракетна двигунна установка крім ракетного двигуна включає систему живлення -баки окислювача і пального з системами заправки і зливу (4), системи наддуву баків, скидання тиску і продувки двигуна (рис.1)
Рис.1 Схема РРДУз насосною подачею палива
Так як робочі процеси ракетного двигуна в деяких випадках неможливо розглядати без процесів, що проходять в баках, в літературі зустрічається таке, що баки з системами заправки і зливу включають до складу рідинного ракетного двигуна.
Основним агрегатом РРД є камера двигуна (рис.2). Вона складається з головки (1), камери згорання (3) і сопла (4). Стінки камери, як правило, виготовляються подвійними для створення порожнини (5), в якій протікає рідина, що охолоджує камеру.
Рис.2 Камера РРД
Головка камери являє собою пристрій, який має дві порожнини, що обладнані форсунками для подачі палива в камеру згорання.
Через одну порожнину подається в камеру згорання окислювач, через другу – пальне. Для подачі палива в камеру згорання головка має спеціальні пристрої, які називаються форсунками (2).
Камери РРД мають, як правило, сопла, що виготовлені як надзвукове сопло Лаваля і складаються з частини, яка звужується і частини, яка розширюється. Найбільш вузьке січення сопла називається критичним січенням.
Так як температура горіння в камерах РРД досягає 3000-40000К, їх необхідно охолоджувати. Для охолодження камери РРД виконуються з подвійними стінками, в порожнині між якими циркулює охолоджуюча рідина. Частіше за все в якості охолоджуючої рідини використовується один з компонентів палива (на рис.2 – пальне).
До початку горіння палива компоненти, що розміщенні в своїх баках, необхідно підготувати: стиснути до тиску більшого ніж тиск в камері згорання і подати в камеру. Для стиснення компонентів палива і подачі їх в камеру згорання РРД має агрегати подачі палива. Це може бути турбонасос- ний агрегат, стиснутий газ і т.і. Якщо РРД обладнаний турбонасосним агрегатом, як на рис.1, такий тип називається двигуном з насосною подачею палива. Якщо в РРД компоненти палива подаються завдяки надлишковому тиску, що створюється в баках
Рис.3 Схема РРД з витиснювальною подачею палива
(4), такий тип називається двигуном з витиснювальною системою подачі палива (рис.3).
Для створення тиску в баках в таких схемах РД є газобалонна установка, або пороховий, або рідинний акумулятор тиску (2).
Управління подачею палива в камеру згорання (пуск, відсічка, регулювання кількості і якості компонента, що подається) здійснюється завдяки дії агрегатів регулювання роботою двигуна (3). Такими агрегатами можуть бути різного роду клапани, регулятори, дроселі, стабілізатори та інші пристрої (рис.1,3)
Загальний принцип роботи РРД
Компоненти палива, що містяться в паливних баках (4, рис 1,3) під дією агрегатів подачі палива (2, рис.1,3) стискуються до тиску, що перевищує тиск в камері згорання і по паливним магістралям подаються в головку камери двигуна (1, рис.2). При цьому один з компонентів (пальне) проходить через сорочку охолодження камери (5, рис.2): охолоджує її стінки. З головки камери компоненти палива через форсунки (2, рис.2) поступають в камеру згорання (3, рис.2). Форсунками паливо розпилюється на дрібні краплі для підвищення інтенсивності горіння.
В камері згорання роздроблені краплі компонентів палива нагріваються, випаровуються і переміщуються. Під час перемішування парів компонентів палива виникає реакція хімічної взаємодії між їх молекулами, тобто, проходить процес горіння палива.
В результаті горіння утворюються продукти горіння – гази, які мають високу температуру і тиск. Гази витікають з камери через сопло (4, рис.2), при цьому швидкість їх збільшується, а тиск зменшується, тобто проходить процес перетворення хімічної енергії згорання палива в кінетичну енергію газів, що витікають.
За рахунок відкидання газів із сопла двигуна, створюється реактивна сила.
При роботі РРД в камері двигуна постійно підтримується високий тиск – значно більший, ніж тиск навколишнього середовища. Це досягається спалюванням палива. При стаціонарному процесі за одну секунду в камері спалюється стільки палива, скільки газів витікає із сопла. Рівняння між витратою палива в камеру і витратою газів із сопла буде незмінним, якщо збільшити подачу компонентів в камеру, але при цьому підвищиться тиск в камері.
Підтримання безперервного стаціонарного робочого процесу в РРД проходить автоматично за рахунок роботи агрегатів автоматики, які регулюють кількість палива, що подається в камеру згорання і співвідношення компонентів в залежності від тиску в камері двигуна. При цьому співвідношення компонентів, як правило, підтримується постійним, а подача палива в камеру згорання – або постійною, або такою, що змінюється по заданому закону.
Робота РРД починається з моменту запалювання палива. З цього моменту деякий час двигун виходить на номінальний режим роботи. Після цього на протязі всього часу роботи цей режим або підтримується постійним, або змінюється по визначеному закону. Зупинка двигуна здійснюється шляхом припинення подачі компонентів палива в камеру згорання.
3 навчальне питання
Основні співвідношення РРД
Основними співвідношеннями, що служать для оцінки роботи РРД і визначення його характеристик є:
питомий імпульс тиску в камері згорання ? (комплекс ?);
коефіцієнти тяги к (сопла) і кп (в порожнині);
ступінь уширення сопла fa/fкр.
Питомий імпульс тиску в камері згорання це є відношення сили тиску газів збоку камери згорання (р0) на площу критичного січення сопла Fкр до секундної витрати палива
(2.1)
Теоретичне значення ? розраховується за формулою
= (2.2)
де, Ап=() (2.3)
Тут Ro – газова постійна продуктів згорання;
То – температура газів в камері згорання;
п - показник політропи розширення продуктів згорання від р0 до ркр.
Величини і Ап залежать від якостей палива і не залежать від інших параметрів роботи двигуна, тому рахується, що комплекс ?, що залежить від роду палива, є постійною термодинамічною характеристикою даного палива. Для даного палива він залежить тільки від якості процесів, що протікають в камері згорання.
Коефіцієнт тяги сопла- К (коефіцієнт тяги)
К= (2.4)
Коефіцієнт тяги показує в скільки разів тяга двигуна (Р) більше основної складової сили тяги (Fкрр0). Тому інколи К називають безрозмірною тягою.
Коефіцієнт тяги в порожнині-Кп
Кп=