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

газогенераторе 5*\ а также (обратные связи) от расходов всех трех компонентов: G03, Gr3 и Gy.T.

Давление в газогенераторе 5 определяется расходом унитар­ ного топлива Gy.,, который в свою очередь зависит как от часто­ ты вращения ТНА п, так и от давления в газогенераторе ргг.

Двигатели управляются с помощью трех воздействий со стороны дросселирующих устройств «а магистралях окислите­ ля 2, горючего 3 и унитарного топлива 6 (с .площадью проходно­ го сечения соответственно F0z, Fr3, Ку.т). Кроме того, на двига-

Рис. 1.28. Структурная схема двигателя с двух«омттонёнтным газогене-

‘ратором:

'горючего газогенератора

тель действует три возмущающих фактора: изменения давления на входе в-насосы окислителя Р0о, горючего рог и унитарного

ТОПЛИВЗ роу.т •

Схемы регулирования для двигателей с различными вариан­ тами турбонасосной системы подачи имеют імного общего. В свя­ зи с этим целесообразно отдельно рассмотреть структурные схе­ мы двигателей различных типов, а затем уже перейти к анализу возможных структурных схем их систем 'регулирования.

Для наиболее распространенной схемы двигателя с двухком­ понентным газогенератором без дожигания (см. рис. 1.7) струк­ турная схема приведена иа рис. 1.28. В двигателе имеется четы­ ре жидкостных магистрали: 2, 3, 6 и 7, по которым компоненты из ТНА подаются в камеру сгорания 1 и газогенератор 5. Расхо­ ды компонентов в камеру сгорания G0з и Gr3 зависят от частоты

*) Температура в однокомпонентном газогенераторе практически не изме­

няется.

47

вращения п и давления в камере рк, а расходы в газогенератор Goi и Gri так же зависят от частоты вращения п и от давления в камере газогенератора ргг. В свою очередь величины расходов по каждой из четырех магистралей влияют «а частоту вращения ТНА п, которая, кроме того, зависит от давления ргг и темпера­ туры Ггг генераторного газа перед турбиной.

На всех четырех магистралях можно установить дроссельные устройства для создания управляющих воздействий путем изме­ нения площади их проходного сечения F01 , FrU F0 3 и Fr3. Одно­ временно на двигатель действуют возмущающие факторы со стороны топливоподающих трактов ракеты — изменения давле­ ния на входах® насосы ТНА р0о и рог.

На схемах, приведенных на рис. 1.27 и 1.28, обращает на себя внимание большое количество обратных и перекрестных связей. Крометого, почти все связи в системе подачи замыкаются на турбонасосном агрегате и воздействуют затем на камеру сгора­ ния только путем изменения частоты вращения.

Для схемы с двухкомпонентным газогенератором имеющиеся зависимости между расходами компонентов в газогенератор и расходами .их в камеру сгорания оказываются обычно относи­ тельно слабыми, так как они определяются только зависимостью напора, развиваемого насосом, от расхода компонентов, т. е. наклоном напорных характеристик насосов, который, как прави­ ло, у насосов Ж РД не велик.

газа в камере сгорания определяющее влияние на динамику дви­ гателя должно оказывать фильтрующее звено — турбонасосный агрегат. Фильтрующие свойства ТНА связаны с тем, что в дина­ мике этот агрегат описывается уравнением апериодического зве­ на первого порядка [12] с относительно большой * постоянной времени. При достаточно высокой частоте сигнала, поступающе­ го из.газогенераторам турбонасосный агрегат, его частота вра­ щения не успевает изменяться, а значит, не изменяется и режим работы камеры сгорания. Следует отметить, что сигнал может поступать в камеру сгорания по линиям связи, идущим помимо ТНА из топливоподающих трактов ракеты (ро0 или рог) или от управляющих органов на магистралях камеры сгорания (F0з или Fra). В этом случае ТНА не оказывает прямого фильтрующего действия на эти сигналы. Однако влияние этих возмущений при­ водит к .нарушению равновесия режима в двигателе. При низких частотах колебаний давлений под влиянием этих возмущений ТНА успевает изменять свою частоту вращения, переходя к но­ вому равновесному значению; при более высоких частотах коле­ баний частота вращения ТНА остается неизменной. В результате

* Имеется в виду по отношению к постоянным времени других элементов двигателя.

48

комплексный коэффициент усиления двигателя (см. гл. II) по указанным каналам оказывается различным для низких и для более высоких частот.

Структурная схема Ж РД с двухкомпоиентным газогенерато­ ром 5 (с избытком окислителя, см. ірис. 1.9, где G02 , GrZ— рас­ ходы окислителя и горючего) и дожиганием генераторного газа после турбины в камере сгорания (рис. 1.29) внешне незначи­ тельно отличается от схемы двигателя без дожигания. Вместо подачи в камеру сгорания двигателя без дожигания (см.

Рис. 1.29. Структурная схема двигателя с дожиганием газа из окис­ лительного газогенератора:

/ — камера сгорания: 2 — газовая магистраль от турбины к камере сгорания; 3 —магистраль горючего в камеру сгорания; 4 — турбонасосный агрегат; 5 — газогенератор; 6 —магистраль окислителя газогенератора; 7 — магистраль горючего газогенератора

рис. 1.28) жидкого окислителя по магистрали 2, при схеме с до­ жиганием в камеру сгорания 1 по газовой магистрали (газово­ ду) 2 подается газообразный окислитель.

Указанное отличие является 'принципиальным, существенно влияющим на динамику двигателя. Действительно, если расход жидкого окислителя зависит только от частоты вращения ТНА п и давления в камере сгорания рк *\ то параметры газа в газоводе рф и Тф в основном зависят от давления ргг и температуры газа в газогенераторе Тгг и очень слабо зависят от п ТНА. Та­ ким образом, в схеме с дожиганием имеется прямая связь меж­ ду газогенератором и камерой сгорания через газовод, не име­ ющий фильтрующих свойств, подобных свойствам ТНА. В этом заключается основное отличие структурной схемы двигателя с

*> Как уже отмечалось, имеющаяся, кроме того, связь с расходом окисли­ теля в газогенераторе G01 обычно оказывается несущественной.

49

дожиганием генераторного газа от схемы двигателя без дожи­ гания.

При анализе структурных схем обращает на себя внимание факт, что как в схеме без дожигания, так и в схеме с дожигани­ ем имеется две группы контуров, внутри которых в основном за­ мыкаются все обратные связи—-это контуры «газогенератор — ТНА — магистрали газогенератора» и «камера сгорания — маги­ страли камеры сгорания (жидкостные или газовые)».

Структурная схема Ж РД с дожиганием типа «газ — газ» (см. рйс. 1.10) состоит из большего числа элементов (рис. 1.30), чем

газе; 5 —ТНА с турбпной, работающей на окислительном генераторном газе; 6 — восстановительный газогенератор; 7 —окислительный газогенератор; 8 — магистраль окислителя в восстановительный газогенератор; 9 — магистраль горючего в восста­ новительный газогенератор; 10 — магистраль окислителя в окислительный газогене­ ратор; И — магистраль горючего в окислительный газогенератор

схема двигателя типа «газ — жидкость» из-за -наличия второго ТНА 4, второго восстановительного газогенератора 6, дополни­ тельных жидкостных магистралей этого газогенератора 8 и 9 и газовой магистрали 2, по которой газ после турбины второго ТНА подается в камеру сгорания *.

* Расходы окислителя G oi и горючего Огі в восстановительный газогене­

ратор, G о2 и Gr2 — в окислительный газогенератор, ргп, А-п— параметры газа

в восстановительном газогенераторе, ргг2> Атг— в окислительном газогенера-

50

Ta« же «a« и для двигателей типа.«газ — жидкость» в схеме двигателя типа «газ — газ» имеется две группы контуров: конту­ ры «ТНА — 'газогенераторы — магистрали газогенераторов» и контур «камера'сгорания—-газовые тракты (газоводы»). В каж­ дом из контуров замыкаются внутренние обратные связи, а меж­ ду собой они связаны в основном только прямыми связями от ТНА ж камере сгорания. Имеющиеся обратные связи от газоводов к ТНА и к газогенераторам относительно слабые, так как перепады давления на турбинах достаточно велики.

Рис. 1.31. Принципиальная схема управления дви­ гателем с помощью перепуска жидких компонен­ тов и генераторного газа:

Управление двигателем возможно с помощью дросселирую­ щих элементов путем изменения -гидравлического перепада «а всех четырех гидравлических трактах 8, 9, 10 и 11, по которым в газогенераторы подаются компоненты. '

Для всех вариантов Ж РД с турбонасоеной системой подачи (см. рис. 1.27—1.30) управление можно обеспечить е помощью трех-четырех дросселирующих устройств, установленных на жид­ костных магистралях двигателя. Возможны и другие способы управления, в частности, с помощью перепуска жидкости на на­ сосах (воздействия Ап.0 и Fns) или газа па турбинах двигателя (воздействие Ап.т) (рис. 1.31). В этом случае в ПГС появляются дополнительные элементы — тракты .перепуска, т. е. схемы ста­

51