Двигатели РККЭ

Автор Salo, 03.01.2012 16:15:38

« предыдущая - следующая »

0 Пользователей и 1 гость просматривают эту тему.

Salo

ЦитатаБезгазогенераторная схема двигателя

Для безгазогенераторной схемы и соответствующей модификации двигателя 11Д58МФ проблемы, приводящей к возникновению при запуске недопустимых забросов температуры в ГГ, просто не существует ввиду отсутствия самого ГГ.
Именно в связи с этим было решено разрабатывать двигатель по безгазогенераторной схеме.
До настоящего времени по безгазогенераторной схеме выполнялись (или испытывались) только кислородно-водородные и кислородно-метановые двигатели. Как показывает опыт создания этих двигателей [10], всем им присущи следующие преимущества по сравнению с газогенераторными:
• отсутствие в составе двигателя «лишнего» огневого агрегата -- газогенератора с его клапанами и средствами запуска и регулирования режимов работы;
• низкая рабочая температура и равномерное температурное поле газа на входе в турбину ТНА;
• низкие термические напряжения в конструкции ТНА;
• исключение возможности перегрева подшипника и уплотнений, расположенных у турбины, после очередных выключений двигателя;
• отсутствие влаги в полостях турбины (из-за отсутствия в газогенераторном газе паров воды), замерзание которой может приводить к отказам двигателя, особенно при наземных испытаниях.
Для кислородных двигателей с высококипящим углеводородным горючим использование безгазогенераторной схемы дает еще одно важное преимущество -- исключение опасности возгорания турбины и газового тракта между ТНА и КС в среде высокотемпературного окислительного газа.
Двигатель 11Д58МФ -- первый кислородно-углеводородный двигатель, выполняемый по инновационной для этой топливной пары безгазогенераторной схеме.
Схема потоков в блоке тяги безгазогенераторного двигателя 11Д58МФ представлена на рис. 2. На нем показан вариант конструкционного объединения в автономный турбонасосный блок (ТНБ) нового ТНА с пускорегулирующей арматурой, включающей в себя клапан предпускового дренажа кислорода на входе в насос окислителя и кавитирующие сопла Вентури с подвижным центральным телом игольчатого типа с приводами для регулирования расходов окислителя и горючего, устанавливаемые на выходе из укороченных диффузоров соответствующих насосов ТНА и другой арматуры. Объединение ТНА и его арматуры в ТНБ позволит провести их опережающую совместную автономную отработку (без использования камеры), так как для привода турбиныТНА можно будет использовать сжатый газобаллонный кислород с обычной «комнатной» температурой. Возможность полноценной отработки ТНА с пускорегулирующей арматурой до начала огневых испытаний блока тяги является важным преимуществом безгазогенераторной модификации двигателя 11Д58МФ.
Переход в кислородно-углеводородном двигателе 11Д58МФ на безгазогенераторную схему существенно упрощает его пневмогидравлическую схему (рис. 3, обозначения элементов -- по работе [11]).
На рис. 3 красным цветом показаны многочисленные узлы, агрегаты и трубопроводы, исключаемые из состава двигателя при таком переходе. Из вновь вводимых элементов основным является ТНБ, являющийся новой разработкой.
Необходимо отметить, что турбина ТНА блока тяги безгазогенераторного двигателя 11Д58МФ для обеспечения увязки его энергетического баланса должна иметь значительно бóльшие КПД и срабатываемый на ней перепад давления газа по сравнению с КПД и перепадом турбины газогенераторного варианта двигателя. Это обусловлено тем, что абсолютная температура газифицированного кислорода на выходе из тракта охлаждения камеры блока тяги ниже температуры газа на выходе из огневого ГГ в 2-2,5 раза (в зависимости от суммарного теплосъема от камеры, определяемого при выбранной конфигурации сопла длиной цилиндрической части КС).
В результате проведенных в РКК «Энергия» инициативных комплексных проектноконструкторских проработок энергетического цикла многофункционального двигателя 11Д58МФ (с учетом отборов газифицированного кислорода на привод турбины БТНА БПО, на кислородный поднаддув бака окислителя РБ, перетечек через уплотнения в ТНА и прочих влияющих факторов) было установлено, что при переходе к безгазогенераторной модификации двигателя 11Д58МФ необходимо увеличить подогрев кислорода на выходе из тракта охлаждения камеры блока тяги до уровня 350-400 К, а также увеличить относительный перепад давления на турбине.
Вам недоступны вложения в этом разделе.
Вам недоступны вложения в этом разделе.
С этой целью длина цилиндрической части КС должна быть увеличена со 105 до 200 мм (т. е. до значения, используемого в КС двигателя-прототипа 11Д58), а давление на выходе из насоса окислителя -- до 300 кгс/см2, т. е. до максимально допустимого значения для камеры по соображениям прочности. Дополнительный анализ показал, что указанная величина давления требует небольшого (на 0,5 мм) утолщения ребер тракта охлаждения вблизи коллектора подвода к камере жидкого кислорода с плавным уменьшением этого утолщения до нуля на расстоянии 30 мм от коллектора и практически не скажется на гидропотерях в тракте охлаждения.
Разработку нового ТНА для безгазогенераторного варианта двигателя 11Д58МФ предполагалось вести на базе ТНА двигателя-прототипа 11Д58М. Поэтому она целенаправленно велась с обеспечением максимального заимствования основных деталей и узлов роторной части ТНА двигателя 11Д58М, оказавшихся наиболее сложными в отработке -- упорного «трехточечного» подшипника 36-126207ЮП ТУ 3709 с разрезным внутренним кольцом, манжет, уплотнительных «плавающих» колец насосов окислителя и горючего, импеллера горючего, узла фторопластового уплотнения между турбиной и насосом окислителя и проч.
Общее количество этих небольших, но важных для отработки надежности ТНА его узлов и деталей составило 75% от общего количества деталей (54 из 72 шт. -- рис. 4), что даже при переиспытаниях их на новые режимы работы (в т. ч. на увеличенную в 1,5 раза частоту вращения ротора) сократит затраты времени и средств на создание нового ТНА.
Корпусные детали и рабочие колеса насосов и турбины будут новыми.
Были проведены прочностные расчеты спроектированного ТНА, расчет критической частоты вращений ротора ТНА, а также расчет баланса осевых сил на роторах окислителя и горючего, которые подтвердили наличие необходимых запасов прочности конструкции ТНА и отсутствие необходимости применения в нем (как и в двигателе 11Д58М) автомата разгрузки осевых сил.
При увязке энергетического баланса двигателя особое внимание было уделено обоснованию возможности требуемого повышения КПД турбины ТНА с 0,6 (значение для осевой активной газовой турбины ТНА разработки КБХА для газогенераторного варианта двигателя 11Д58МФ) до 0,82-0,83 для центростремительной реактивной газовой турбины радиально-осевого типа, спроектированной РКК «Энергия».
Центростремительные реактивные турбины радиально-осевого типа имеют значительные преимущества по достижимому КПД (особенно при их малых размерах) перед осевыми турбинами, обычно используемыми в ТНА ракетных двигателей.
Вам недоступны вложения в этом разделе.
При проектировании ТНА безгазогенераторного двигателя 11Д58МФ специалистами и молодыми сотрудниками РКК «Энергия» был изучен и учтен опыт проектирования и расчета высокоэкономичных промышленных турбодетандеров для холодильной техники [12-15], а также турбин для судовых энергоустановок средней и малой мощности [16].
В связи с этим проектируемый ТНА получил следующие особенности и отличия от принятого за прототип ТНА двигателя 11Д58М, имеющего низкоперепадную активную центростремительную радиальноосевую турбину:
• относительный перепад давления газа в турбине Пт увеличен с 1,4 до оптимального для двигателя 11Д58МФ значения 2,8 (при этом такое увеличение Пт сделало ненужным использование за турбиной газодинамического сопла для исключения заброса оборотов ТНА при запуске из-за малого противодавления в КС и, как следствие, улучшило энергетический баланс двигателя из-за снижения гидропотерь в газовом тракте);
• доля теплоперепада рабочего тела, срабатываемого в колесе турбины, увеличена до оптимального значения 40% от общего теплоперепада в ней (это ведет к снижению потерь давления в соплах направляющего аппарата турбины и, следовательно, к росту ее КПД по сравнению с осевыми турбинами);
• полуоткрытое колесо турбины заменено колесом закрытого типа (колесом, снабженным покрывным диском с лабиринтным уплотнением), что повышает КПД турбины за счет уменьшения потерь в колесе из-за перетечек газа;
• оптимизировано по критерию КПД значение степени радиальности колеса -- отношения эффективного значения выходного диаметра рабочего колеса турбины к его входному диаметру (0,35 вместо 0,7 у двигателя 11Д58М);
• оптимизирована конфигурация лопаток рабочего колеса путем введения закрутки выходной части их не только на периферии, но и у втулки, а также укорочение половины из 16 лопаток на выходе из колеса, что снизит потери в турбине и повысит ее КПД.
Математическое моделирование течения газообразного кислорода в спроектированной турбине двигателя 11Д58МФ, проведенное ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» по предварительным исходным данным РКК «Энергия», подтвердило достижимость требуемого значения КПД и возможность дальнейшего усовершенствования проточной части турбины для повышения ее экономичности за счет устранения выявленных застойных и вихревых зон в потоке газа.
Для проектной оценки массы нового ТНА был использован предложенный в работе [17] метод, основанный на использовании общей теоретической функциональной зависимости массы произвольной лопаточной машины (ЛМ) от ее гидромеханических параметров, понятия массинварианта различных типов ЛМ, а также -- на статическом определении их значений для основных типов ЛМ, применяемых в ТНА ракетных двигателей.
В соответствии с работой [17], масса нового ТНА в незалитом состоянии определялась по полуэмпирической формуле, вытекающей из общей функциональной зависимости:

Вам недоступны вложения в этом разделе.
Это позволило надежно оценить массу ТНА еще до разработки рабочих чертежей
его узлов и деталей.

заключение

1. Инициативные проектно-исследовательские и опытно-конструкторские работы РКК «Энергия» показали техническую возможность создания на базе серийного кислородно-углеводородного
двигателя 11Д58М тягой 8,5 тс высокоэкономичного многофункционального безгазогенераторного двигателя 11Д58МФ тягой 5 тс с кислородным охлаждением и определили его оптимальный состав.
2. Для двигателя 11Д58МФ была разработана и успешно начала огневую отработку камера со щелевой смесительной головкой диаметром 105 мм, показавшая устойчивую работу и требуемую экономичность.
3. Для создания безгазогенераторного двигателя 11Д58МФ необходимы разработка и отработка нового высокоэкономичного турбонасосного агрегата. Показано, что такой ТНА может быть создан на базе ТНА двигателя 11Д58М путем проведения оптимизации газовой турбины и других узлов ТНА.
4. Безгазогенераторная схема двигателя 11Д58МФ позволит упростить конструкцию двигателя и ускорить отработку процессов его запуска.
5. Результатом реализации предложенной КС со щелевой головкой и нового высокоэкономичного ТНА станет создание инновационного многофункционального кислородно-углеводородного жидкостного ракетного двигателя безгазогенераторной схемы, энергетические и эксплуатационные характеристики которого при использовании высококалорийных синтетических горючих (таких как Синтин, Боктан и др.) позволят отказаться от применения в РБ не только кислородно-метановых, но и кислородно-водородных двигателей, требующих существенного утяжеления баков РБ, введения теплых зон для бортовых систем и обеспечения их искрозащищенности, а также большого повышения затрат на создание двигателей, РБ, наземной инфраструктуры и космического ракетного комплекса в целом.
"Были когда-то и мы рысаками!!!"

Влад

Вот что то в сети не ничего по управляющему двигателю (17Д15)  ОКК Буран.
Удалось найти только вот это 

ссылка - Двигатели управления 17Д15


ЦитатаУправляющий двигатель представляет собой однокамерный газожидкостный импульсный ЖРД высокого быстродействия на газифицированном кислороде и углеводородном горючем - синтине и работает в импульсных и стационарных режимах с длительностью включения от 0,06 до 1200 с как в орбитальном полете, так и при спуске в атмосфере до высоты 10 км, что позволяет использовать его как дублера маршевого двигателя и двигателей ориентации.
Для воспламенения компонентов топлива используется электрическая система зажигания индуктивного типа.
Камера сгорания и часть сопла охлаждаются регенеративно и через завесу окислительным газом, выходная часть сопла - радиационно, клапаны и свеча - прокачкой основного горючего в замкнутом контуре терморегулирования ОДУ.
Для двигателей продольного перемещения, дублирующих маршевые двигатели в случае их отказа, предусматривается установка удлиненного насадка со степенью расширения =50 и соответствующим приростом удельного импульса.
Быстродействие двигателя характеризуется временем набора 90% тяги, равным 0,06с, такой же минимальной продолжительностью включения и частотой включения до 8Гц.
Минимальный удельный импульс двигателя в импульсных режимах 180с.
Гарантированный ресурс двигателя составляет 26000 включений и более 3 ч работы (с дальнейшим увеличением по мере набора статистики).
Получается какой то почти мифический двигатель, может кто то знает где о нем можно почитать?



Вообще почему больше нигде не применялось такое сочетание газообразный окислитель и жидкое топливо?