Вытеснительные системы подачи топлива

В вытеснительных системах для подачи топлива в камеру сгорания используется аккумулятор давления. В качестве аккумулятора давления применяют баллон со сжатым холодным газом (воздухом, азотом, гелием, водородом) или агрегат, вырабатывающий горячий газ. Аккумулятор с холодным газом называют ВАД. В качестве агрегата, вырабатывающего горячий газ, используют устройства, называемые газогенераторами. Различают два типа газогенераторов: на твердом топливе (ТГГ) и на жидком топливе (ЖГГ). В вытеснительной системе подачи топлива в камеру сгорания жидкостный аккумулятор давления называют ЖАД, а твердотопливный пороховой аккумулятор давления – ПАД.

Отличительной особенностью вытеснительной системы подачи топлива является то, что баки с компонентами топлива находятся под большим давлением, значительно превышающим давление в камере сгорания. По этой причине топливные баки приходится делать толстостенными.

При высоких давлениях в камере сгорания и при значительных количествах топлива (двигатели больших тяг или большой продолжительности работы) баки при вытеснительной системе подачи топлива получаются чрезвычайно тяжелыми (из-за большой толщины стенки), что неприемлемо для ракеты. В этом случае используют насосную подачу топлива в камеру сгорания.

При насосной системе подачи топлива нет необходимости поддерживать в баках высокое давление. Небольшое давление воздушной подушки в баках создается для обеспечения бескавитационной работы насосов. Насосная система подачи топлива значительно сложнее вытеснительной, но для двигателей больших тяг она предпочтительнее, т.к. вес всей системы питания ЖРД, включая баки с топливом, будет меньше.

Применение вытеснительной системы подачи топлива целесообразно при давлениях в КС не больше Газовытеснительные системы подачи топлива находят в основном применение в двигателях небольшой тяги, рассчитанных на малое время работы, с малым удельным импульсом тяги.

Вытеснительные системы подачи топлива с ВАД. В вытеснительных системах подачи топлива с воздушным аккумулятором давления газ для вытеснения компонентов топлива хранится в баллонах под высоким давлением значительно превышающим требуемое давление в баках. Высокое давление позволяет уменьшить объем ВАД и снизить массу баллона. Перед подачей газа из баллона в бак давление газа снижается до рабочего. Обычно ВАД подает газ в баки непрерывно в течение всего времени работы ЖРД.

В зависимости от метода снижения давления газа вытеснительные системы подачи топлива с ВАД подразделяются на два типа:

· редукторные;

· с прямым расширением.

В редукторных системах с непрерывной подачей газа в бак для снижения давления газа используют редуктор давления. В системах с прямым расширением газорегулирующий элемент выполнен в виде дроссельной шайбы или может вообще отсутствовать. В этом случае газ подается в баки не непрерывно, а в импульсном режиме. В такой схеме на трубопроводе, подводящим газ из баллона в баки, устанавливают клапан, а на верхнем днище бака – сигнализаторы давления. При снижении давления в баке до минимально допустимого срабатывает сигнализатор минимального давления и проходит команда на открытие клапана. Давление в баке начинает расти. При достижении максимально допустимого давления в баке срабатывает сигнализатор максимального давления и проходит команда на закрытие клапана и т.д.

Рис. 3.1. Принципиальная схема системы подачи топлива с ВАД: 1 – камера сгорания; 2 – бак горючего; 3 – бак окислителя; 4 – ВАД; 5 – редуктор

Принципиальная схема вытеснительной системы подачи топлива с воздушным аккумулятором давления приведена на рис. 3.1. Баллоны сжатого газа могут иметь форму сферы, тора или цилиндра. Баллоны изготовляют из высокопрочных, хорошо свариваемых сталей. Для удобства размещения на ракеты ВАД в некоторых случаях используют не один, а несколько баллонов со сжатым газом.

Системы с ВАД обладают высокой надежностью, простотой, наиболее отработаны и широко применяются. Использование гелия вместо воздуха или азота дает существенное снижение массы системы подачи. Недостатком гелия является его высокая стоимость и большая склонность к утечкам. Азот применяется в случае, если компоненты топлива могут реагировать с кислородом, содержащимся в воздухе.