Файл: Гликман Б.Ф. Автоматическое регулирование жидкостных ракетных двигателей.pdf

нальному ее значению, отмеченному индексом «О». Расход газа через сопловой аппарат турбины определяется соотношением (9.13) или (9.14) в зависимости от режима течения в соплах. Зависимости для мощности насосов и напора, развиваемого на­ сосами, удобно представлять в виде аппроксимирующих много­ членов [66]:

где Gi — относительный расход жидкости через і-й насос.

Для расчетов переходных процессов, кроме уравнений двига­ теля, необходимо знать внешние условия: давление компонентов в баках ракеты, давление во внешней среде, физические свойства компонентов. В систему уравнений должны входить также зави­ симости или условия, определяющие работу ракетной системы управления, в которой формируются команды на изменение ре­ жима или задается программа изменения режима работы дви­ гателя.

Расчеты переходных процессов двигателя на ЭВЦМ прово­ дятся обычными методами численного интегрирования системы обыкновенных дифференциальных уравнений или методом Эйлера, или.методом Рунге-Кутта. Если гидравлические тракты рассматриваются как элементы с распределенными параметра­ ми и расчеты проводятся методом характеристик, то шаг интег­ рирования обыкновенных дифференциальных уравнений должен согласовываться с шагом по времени в методе характеристик.

9.3. ГЛУБОКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

Для решения ряда задач необходимо регулировать тягу ЖРД в широких пределах, изменяя ее иногда в десятки раз. К таким задачам, например, относятся: разгон ракет с маневром, тормо­ жение, спуск, взлет с планет и т. д. На рис. 9.5 приведена в каче-

345

стве примера программа изменения тяги двигателя торможения и мягкой посадки космического.корабля «Аполлон» [82].

Глубокое регулирование тяги двигательной установки воз­ можно двумя способами: с помощью многокамерной двигатель­ ной установки с отключающимися по команде камерами (или двигателями), или путем изменения в широких пределах тяги однокамерной двигательной установки.

Многокамерная двигательная установка, как правило, слож­ нее по схеме и имеет большую массу, чем однокамерный двига­ тель с широким диапазоном регулирования.

Рис. 9.5. Программа изменения тяги двигателя торможения и мягкой посадки космического корабля «Аполлон»:

Имеется ряд схем системы управления режимом работы дви­ гателя. Выбор той или иной схемы управления зависит от требо­ ваний к закону управления двигателем. Ступенчатое управление тягой, как на рис. 9.5, возможно с помощью одного или несколь­ ких клапанов, гидравлическое сопротивление которых изменяет­ ся ступенчато по внешней команде. Если необходимо плавное изменение тяги двигателя, то вместо клапанов в гидравлических трактах двигателя устанавливаются дроссели с приводом или ре­ гуляторы с переменной настройкой.

Система управления режимом работы двигателя должна обеспечивать требуемое качество переходных процессов: опреде­ ленное время (или градиент) перехода с режима на режим, от­ сутствие больших забросов параметров двигателя (температуры генераторного газа, частоты вращения ТНА) и т. д. Если режи­ мом двигателя управляют регуляторы, то контур «двигатель — регулятор» должен обладать достаточным запасом устойчивости

34 С

во всем диапазоне возможного изменения режима работы дви­ гателя.

Глубокое регулирование ЖРД, так же как и регулирование «в малом» (см. гл. I и VIII), осуществимо с помощью разнооб­ разных схем управления двигателем, каждая из кодовых имеет свои преимущества и недостатки.

Одним из возможных вариантов схемы регулирования одно­ временно и тяги двигателя, и соотношения компонентов могут служить спаренные регуляторы, поддерживающие одновременно расходы на обоих трактах компонентов. Подобная схема (рис. 9.6) была выбрана на двигателе торможения с баллонной пода­ чей для посадочной ступени космического корабля «Аполлон»

[82].

В качестве регуляторов расходов использовались кавитацион­ ные сопла Вентури, имеющие переменные проходные сечения. Ра­ бочие характеристики этой системы регулирования приведены на рис. 9.7. Для обеспечения устойчивости процесса и высокой пол­ ноты сгорания во всем диапазоне регулирования тяги форсунки горючего и окислителя камеры сгорания имеют регулируемые проходные сечения. Система регулирования проходных сечений форсунок механически связана с регулятором тяги так, что пере­ пад давления на форсунках камеры сгорания во всем диапазоне регулирования сохраняется неизменным.

При изменении режима работы двигателя в широких пределах существенно изменяются все основные параметры двигателя: ко­ эффициенты усиления, постоянные времени, коэффициенты связи между отдельными звеньями. Соответственно изменяются дина­ мические характеристики двигателя и регуляторов. Можно ка­ чественно оценить направление изменения некоторых пара­ метров.

парата турбины) зависят только от температуры газа:

соответствующие значения RT, то постоянные времени этих эле­ ментов при изменении режима не изменяются. При отсутствии регуляторов соотношения компонентов температура газа в газо­ генераторе и камере сгорания при дросселировании двигателя уменьшается, но не очень существенно. Поэтому постоянные

347

Рлс. 9.6. Схема регулирования двигателя торможения ко­ рабля «Аполлон»:

Рис. 9.7. Рабочие характеристики системы регулирования тяги двигателя корабля «Аполлон»:

1 —давление в топливном баке; 2 —потерн давления на шайбах на­ стройки двигателя; 3 — потери давления в регуляторе; 4 — верхний предел существования кавитационного режима трубок Вентури; 5 - давление в форсуночной головке; 6 — давление в камере сгорания

346