ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ РЕГУЛЯТОРОВ РАСХОДА ТВЁРДОГО ТОПЛИВА
© А.Н.Прохоров, Л.С.Яновский, М.С.Шаров, Е.В.Суриков, О.М.Алексеева, П.А.Коломенцев, А.П.Ширин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2018 г.
Регулируемые комбинированные двигательные установки (КДУ) газогенераторного типа на твёрдом топливе (ТТ) являются наиболее привлекательными для использования в качестве двигательных установок (ДУ) высокоманевренных ЛА с широкой внутриатмосферной зоной эксплуатации [1-3]. За счёт регулирования расхода ТТ энергетические возможности КДУ могут быть существенно расширены.
Создание регулируемого газогенератора с программным или обратимым изменением расхода ТТ является одной из ключевых проблем разработок [1-3].
Рассмотрены возможные принципы регулирования расхода ТТ: изменение площади критического сечения соплового блока (механическое и газодинамическое), непосредственное воздействие на топливо для изменения скорости горения, изменение поверхности горения, инжекция вспомогательного компонента. Проведен анализ преимуществ и недостатков каждого из способов.
В условиях массогабаритных ограничений и при требованиях обратимого регулирования наиболее перспективным для КДУ является способ регулирования, связанный с изменением площади критических сечений сопловых отверстий газогенератора КДУ с помощью регулирующего элемента, в качестве которого может быть профилированная заслонка или клапан, выполненные из композиционных материалов.
Диапазон изменения давлений в газогенераторе (ГГ) имеет ограничения. Поэтому с целью увеличения глубины регулирования необходимо использовать ТТ с показателем степени ν в законе скорости горения, равным 0,5 - 0,6. При этом ТТ должны устойчиво гореть в широком диапазоне давлений в ГГ и температур окружающей среды, в том числе, при высоких скоростях изменения давления.
Регулятор расхода ТТ должен обладать высокой надёжностью, несмотря на наличие большого количества высокотемпературной конденсированной фазы (более 50 % по массе), и выполнять требование по рациональному распределению продуктов газогенерации в камере дожигания двигателя.
Рассмотрены преимущества и недостатки однокаскадной и двухкаскадной схемы с электрическим и пневматическим приводами.
В процессе исследований были проведены расчёты опытных объектов, позволившие выбрать оптимальные проходные сечения регулятора расхода и закономерности горения ТТ с оптимизацией параметров работы регулятора, оценить разработанные конструкции с точки зрения зашлаковки проходных сечений и их работоспособности.
Выполнены работы по экспериментальному исследованию различных образцов регуляторов расхода в стендовых условиях, разработаны методики проведения стендовых испытаний узлов регулирования и обработки экспериментальных данных.
В процессе проведения огневых испытаний стендового регулируемого ГГ измерялись как параметры работы ГГ (давление, температура), так и параметры работы стендовых систем управления.
По результатам исследований предложена и запатентована (RU2484281) концепция однокаскадного поворотного регулятора расхода плавного обратимого регулирования. Особенностью предложенного регулятора является профилированная заслонка.
Входные участки втулок с регулируемыми сопловыми отверстиями отстоят от днища ГГ на определённое расстояние, а входные участки втулок с нерегулируемыми сопловыми отверстиями расположены в одной плоскости с ней и имеют входную фаску.
Такая конструкция позволяет избежать шлакования регулируемых отверстий, улучшить вынос конденсированной фазы из полости газогенератора в камеру дожигания ракетно-прямоточного двигателя и уменьшить требуемое усилие для поворота заслонки. Литература
1. Александров В.Н., Быцкевич В.М., Верхоломов В.К. и др. Интегральные прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твёрдых топливах. Основы теории и расчёта // Под ред. Л.С. Яновского. М.: Изд-во «Академкнига», 2006.
2. Сорокин В.А., Яновский Л.С., Козлов В.А. и др. Ракетно-прямоточные двигатели на твёрдых и пастообразных топливах. Основы проектирования и экспериментальной отработки // Под ред. Ю.М. Милёхина и В.А. Сорокина. М.: Изд-во «Физматлит», 2010.
3. Сорокин В.А., Яновский Л.С., Ягодников Д.А. и др. Проектирование и отработка ракетно-прямоточных двигателей на твёрдом топливе // Учебное пособие под общ. ред. д.т.н. В.А. Сорокина. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016.