ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ЖРД)Это химический ракетный двигатель, работающий на жидком топливе, состоящем в основном из окислителя (кислород, оксиды азота и т. д.) и горючего (водород, углеводороды, диметилгидразин и т. д.). Топливом может быть также жидкость, способная к каталитическому разложению, напр., гидразин. Работа их состоит в следующем. В газогенератор подаются окис- литель и горючее, которые ис- пользуются и для работы каме-ры сгорания (рис1,1 -2).

Основной агрегат ЖРД, где создается тяга, — КС двигателя. На рис. 1.2 приведена камера ЖРД, работающая на двухкомпонент­ном топливе. Она состоит из камеры сгорания 6 и сопла 7, конструк­тивно представляют собой одно целое. Камера сгорания имеет смеси­тельную головку 4, на которой размещены специальные устройст­ва — форсунки 3 и 5, служащие для подачи компонентов топлива в КС. Стенки камеры изготавливают, как правило, двойными для со­здания зазора между внутренней огневой стенкой 2 и наружной си­ловой рубашкой /, связанных между собой с помощью гофр, ребер или выштамповок. По зазору протекает компонент или компоненты топлива, охлаждающие КС.

Рабочий процесс в камере ЖРД можно представить в следующем виде. Горючее и окислитель впрыскиваются под давлением в камеру сгорания через форсунки, дробятся на мелкие капли, перемешивают­ся, испаряются и воспламеняются. Воспламенение (зажигание) топлива может осуществляться химии ческими, пиротехническими и электри­ческими средствами (часто компоненты топлива являются самовоспла­меняющимися).

Топливо после воспламенения горит при высоких дав­лениях (в некоторых случаях до 15—20 МПа и более). При горении топлива образуются газообразные продукты сгорания (рабочее тело), нагретые до высоких температур (3000—4500 К), которые истекают из камеры сгорания в окружающее пространство через сопло. По мере движения ПС по длине сопла тем­пература и давление их уменьша­ются, а скорость возрастает, пе­реходя через скорости звука в минимальном (критическом) сече­нии сопла. На выходе из сопла скорость истечения достигает 2700—4500 м/с. Чем больше се­кундный расход массы и скорость газа на выходе из сопла, тем боль­ше тяга, создаваемая КС.

Примерный характер измене­ния температуры Т, давления р и скорости w топлива и газов по длине камеры ЖРД изображен на рис. 1.3. Высокие термо- и газодинамические параметры (давление, температура, скорость) газа, а также коррозионное и эрозионное воз­действие ПС на стенку камеры создают чрезвычайно тяжелые усло­вия ее работы. Обычно для надежной работы камеры помимо интенсив­ного наружного (регенеративного) охлаждения применяют специаль­ные методы защиты: пристеночную зону с пониженной температурой газа (внутреннее охлаждение), специальные термостойкие покрытия стенок и т. д. Применение внутреннего охлаждения, как правило, уменьшает удельный импульс, что невыгодно, так как снижается эко­номичность двигательной установки.

В общем же случае ЖРД состоит из КС (или нескольких камер), систем регулирования и подачи компонентов топлива, исполнитель­ных устройств для создания управляющих моментов, соединительных магистралей и т. п. Система регулирования осуществляет автомати­ческое поддержание или программированное изменение параметров в камере для обеспечения заданных величин тяги, определенного со­отношения компонентов, устойчивой работы КС, а также управляет переходными процессами, например запуском и остановкой двигате­ля. Для системы регулирования применяют различные клапаны, ре­дукторы, запальные устройства и другие элементы, называемые ор­ганами автоматики, назначение которых — осуществлять определен­ные опеоании в заданной последовательности.

Твёрдотопливный ракетный двигатель (ТРД)

[/u]
Твердотопливные рекетный двигатели (РДТТ) имеют преимущество перед жидкостными. РДТТ просты по конструкции: баллон заполненный твердым топливом, а у баллона есть отверстие с соплом. Горение топлива происходит в баллоне под давлением. Именно давление обеспечивает устойчивое горение топлива. При переходе к более калорийным (энергетическим) топливам для устойчивого их горения, как правило, требуется еще большее давление. Все это приводит к необходимости делать баллоны более прочными, следовательно тяжелыми, что частично уменьшает эффективность перехода на более калорийные виды топлива.

Давление продуктов горения топлива в баллоне посредством сопла преобразуется в скорость их истечения и создание реактивной тяги, которая по своей величине пропорциональна массе продуктов горения и скорости их истечения. Изготовление баллонов и сопел, работающих при высоких давлениях и температурах, имеющих сложную технологию обработки (и расчетов), превратилось в ракетную отрасль - престижную и дорогостоящую. Развитие ракетной техники, ее благополучие, одно из условий державной и национальной самостоятельности (независимости) государств.

Но почему, современное ракетостроение пошло по пути корпусных РДТТ работающих под давлением, а на эрозионный способ стабилизации горения пороха никто, до сих пор, не обратил внимание. Дело в том, что на заре ракетостроения черный и пироксилиновый пороха были основными, а они недостаточно прочные для безкорпусных РДТТ. Только с появлением достаточно прочных пороховых составов можно перейти к конструкции нового РДТТ, которые уже давно есть. Но в силу вступил принцип инерции (привычки), сложившейся традиции (до сего дня) и все продолжают ломать голову над морально исчерпавшими себя баллонными РДТТ высокого давления.

Предложен новый принцип работы РДТТ. Он позволит производить РДТТ по столь общедоступной технологии, что РДТТ смогут приобрести, по-настоящему, массовый характер. Без специального оборудования, имея пороховые шашки (ракетное топливо) можно будет удовлетворить любые потребности. Это потребует от производителей ракетной техники перейти к принципиально новым принципам без опорного движения, возможно вообще отказаться от расточительного реактивного движения. В противном случае, приоритет державной техники будет утрачен. Ракетные державы до сего дня блокировали и тормозили развитие техники в этой области, но сейчас могут сложиться условия, при которых именно ракетные державы будут пионерами в развитии новой транспортной безопорной техники.

В предложенном РДТТ устойчивость горения топлива достигается не за счет повышения давления горения, а за счет струйной эрозии поверхностей твердого топлива.

Новый РДТТ состоит из пороховой шашки (1), покрытой защитным слоем (2). По центральной оси шашки проходит канал (3), открытый с одного конца шашки и закрытый заглушкой (4) с другого конца. Интенсивность и устойчивость горения топлива в таком двигателе пропорциональна длине двигателя и обратно пропорциональна площади сечения канала.

Во время работы РДТТ, при выгорании топлива, сечение канала увеличивается и тяга РДТТ уменьшается, так как уменьшается интенсивность горения топлива и уменьшается скорость истечения продуктов горения. Это желательно, так как при выгорании топлива масса двигателя уменьшается и для упорядочивания ускорения движения ракеты целесообразно уменьшать тягу РДТТ, что и происходит естественным образом.

Пороховые газы при движении по каналу (3) испытывают сопротивление о стенки канала. Это воздействие интенсифицирует процесс горения топлива, и газы (при продвижении по каналу) от непрерывного горения топлива увеличивают свой объем и массу. Это приводит к ускорению потока (струи) пороховых газов в канале. Наибольшему выгоранию подвергается канал у отверстия конца шашки. По мере работы РДТТ шашка укорачивается и тяга РДТТ снижается. Таким образом отпадает необходимость в многоступенчатом принципе ракет. Один РДТТ новой конструкции достаточен для выхода в космос.

Учитывая неравномерность выгорания шашки, последняя может быть изготовлена конической формы по конфигурации канала к концу работы РДТТ.

В ряде случаев нет необходимости широкого и плавного уменьшения тяги РДТТ. Для этого вместо заглушки (4) к шашке крепят традиционный РДТТ (5) с соплом (6), направленным в канал.

В этом случае реактивная струя из сопла (6) ускоряется в канале (3) шашки, при этом шашка выгорает равномернее по всей своей длине. Отпадает необходимость в значительном удлинении шашки.

Первый вариант РДТТ - длинный, то есть может оказаться механически неустойчивым. В этом пока для данного РДТТ есть ограничение. Кроме этого РДТТ при работе может порождать "струнные" колебания, что также следует учитывать.