Газогенератор (ракетостроение)

Газогенератор  — энергетическое устройство, которое вырабатывает сжатый газ с регулированием его количества, расхода и давления. В отличие от пиропатронов или пироэнергодатчиков газогенератор имеет сопло с сверхкритическим перепадом давления. Из-за этого процесс горения в газогенераторе не зависит от условий в объеме, куда истекает газ. Конструкция имеет много общего с обычными ракетными двигателями.

Ракетная техника

Основной задачей газогенератора является получение рабочего тела заданной температуры и в заданном количестве для привода турбонасосного агрегата (ТНА). Твердотопливный газогенератор (ТТГ) в основном используют в качестве порохового стартера для раскрутки ТНА при запуске двигателя. Для привода турбины ТНА используются жидкостные газогенераторы (ЖГГ). Помимо этого ГГ используются в вытеснительной системе подачи топлива.

Газогенератор может использоваться в качестве аккумулятора давления. В аккумуляторе давления может использоваться жидкое топливо или порох. Используется для для наддува топливных баков и других емкостей, управления автоматикой, начальной раскрутки турбонасосного агрегата.

Принцип работы

Рис. 1. Схема двухкомпонентного ЖРД
1 — магистраль горючего
2 — магистраль окислителя
3 — насос горючего
4 — насос окислителя
5 — турбина
6 — газогенератор
7 — клапан газогенератора (горючее)
8 — клапан газогенератора (окислитель)
9 — главный клапан горючего
10 — главный клапан окислителя
11 — выхлоп турбины
12 — форсуночная головка
13 — камера сгорания
14 — сопло

Небольшая часть окислителя и горючего отбирается из магистралей (1, 2) за насосами (3, 4) и подается в газогенератор (6). Газогенератор вырабатывает рабочее тело для газовой турбины. Выработанный генератором газ, являясь продуктами сгорания топлива, должен иметь температуру не выше 1200К - 1500К чтобы не повредить рабочие лопатки турбины. Для охлаждения может быть использована избыточная подача в ГГ одного из компонентов топлива. Из ГГ продукты сгорания поступают в турбину ТНА, где совершают работу. Полученная энергия используется для привода насосов, которые обеспечивают подачу компонентов топлива в камеру сгорания.

Требования, предъявляемые к газогенераторам

• Высокая стабильность работы;
• Простота управления рабочим процессом;
• Высокая работоспособность генераторного газа.

Классификация

Газогенераторы можно разделить по числу компонентов топлива, используемых для получения рабочего тела:

1. Однокомпонентные или парогазогенераторы (ПГГ) — рабочее тело образуется в результате разложения однокомпонентного топлива в присутствии катализатора или без него. Катализатор помещается в ГГ, куда поступает топливо. В качестве топлива используется перекись водорода, гидразин, изопропилнитрат и другие. Также в эту категорию можно отнести ТТГ.
2. Двух- и трёхкомпонентные или жидкостные газогенераторы (ЖГГ) — рабочее тело образуется в результате сжигания горючего и окислителя, используемых в основной камере сгорания двигателя. Из-за особенностей турбины, требующих чтобы чтобы температура газа перед ней была меньше 1500К, процесс в ГГ проходит при значительном избытке одного из компонентов топливной смеси. Продукты газогенерации называют окислительными, если они получены при избытке окислителя, и восстановительными, если они получены при избытке горючего. В трёхкомпонентных ГГ ещё один компонент используется для охлаждения либо для улучшения работоспособности рабочего тела.

Так же существуют ракетные двигатели без ЖГГ - рабочее тело в них получается в результате испарения жидкости в тракте охлаждения камеры двигателя. Подобные схемы двигателей называются безгенераторными и успешно используются на вторых ступенях ракет-носителей.

Литература

Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп.. — Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. — 488 с. — ISBN 5-7038-2649-7.

М. И. Шевелюк. Теоретические основы проектирования жидкостный ракетных двигателей. — Москва: Государственное научно-техническое издательство ОБОРОНГИЗ, 1960. — 687 с.

В. Г. Попов, Н. Л. Ярославцев. Жидкостные ракетные двигатели. — Издательско-типографский центр - «МАТИ» - КТУ им. К.Э. Циолковского, 2001. — 171 с. — ISBN 5-230-21212-8.