Основные параметры ЖРД

К числу основных параметров и характеристик ЖРД относятся сле­дующие.

1. Тяга ЖРД — равнодействующая реактивной силы ЖРД и сил давле­ния окружающей среды, действующих на его внешние поверхности, за
исключением сил внешнего аэродинамического сопротивления. Различа­ют тягу на земле (на уровне моря) и в пустоте. Из определения тяги ЖРД следует, что тяга двигателя в пустоте имеет наибольшее значение, а при наличии давления окружающей атмосферы тяга соответственно снижается. Например, тяга ЖРД SSМЕ (МТКК"Спейс Шаттл") в пустоте равна 2,09 МН, а на земле - 1,67 МН; тяга самого мощного в мире ЖРД РД-170 каждого из четырех блоков первой ступени ракеты-носителя (РН) "Энергия" составляет 7,4 МН на земле и 8,06 МН в пустоте.

2. Удельный импульс тяги ЖРД (удельный импульс ЖРД),- отношение тяги ЖРД к массовому расходу топлива ЖРД. Аналогично тяге удель­ный импульс ЖРД максимален в пустоте и соответственно уменьшается при наличии давления окружающей среды. Удельный импульс ЖРД в пустоте является важнейшим параметром двигателя, характеризующим эффективность жидкого ракетного топлива и совершенство конструк­ции двигателя. Наибольшее значение удельного импульса имеют кислород­но-водородные ЖРД. Например, для ЖРД SSМЕ удельный импульс в пус­тоте равен 4464 м/с, а на земле - 3562 м/с.

3. Удельная масса ЖРД — отношение массы залитого ЖРД к его наибольшей тяге на основном режиме, причем масса залитого ЖРД определяется массой ЖРД (массой конструкции ЖРД) и компонентов топлива, заполняющих его трубопроводы и агрегаты при работе. При наличии нес­кольких основных режимов ЖРД его удельную массу определяют по наи­большей тяге. При проектировании стремятся обеспечить минимальное значение удельной массы. Удельная масса ЖРД Р-1 и SSМЕ равна 1,02 и 1,48 г/Н соответственно.

4. Тип ЖРТ. Обычно каждую ДУ конструируют для вполне определен­ного топлива, причем от него в значительной степени зависят удельные
параметры ЖРД и ДУ и эффективность их применения в составе ЛА. В настоящее время наибольшее применение в качестве топлива находят жидкий кислород и жидкий водород, жидкий кислород и углеводо­родное горючее (в особенности керосин), а также азотный тетроксид N₂O₄ (четырехокись азота) и несимметричный диметилгидразин (НДМГ).

5. Время работы ЖРД - время от первой команды на запуск ЖРД
до первой команды на его выключение. Для ЖРД многократного вклю­чения время работы равно суммарному времени работы ЖРД, соответствующему всем циклам работы. Обычно для ЖРД одноразового вклю­чения время работы не превышает 1000 с. Для двигателей многократного включения кроме времени их работы (суммарного времени непрерыв­ной работы при каждом цикле) задают число циклов работы, а также ми­нимальное и максимальное время (паузу) между ними. Например, ЖРД 1-2 третьей ступени РН "Сатурн-5" при первом цикле работал 180 с, а затем следовала пауза 4,5 ч, после чего двигатель повторно работал 300с.

6. Ресурс работы ЖРД — суммарное время работы ЖРД, в течение
которого гарантируется обеспечение всех его параметров в заданном диапазоне допусков. Обычно ресурс работы ЖРД в несколько (три и более) раз превышает время его работы в составе ЛА. Для ЖРД, используемых в составе многоразовых транспортных космических кораблей (МТКК), указанный ресурс превышает время работы в одном полете в несколько десятков раз. Например, ЖРД SSМЕ рассчитан на 55 полетов, и ресурс его работы (без капитального ремонта) согласно техническому заданию составляет 27 • 10³ с (7,5 ч).

Ресурс работы ЖРД малой тяги (ЖРДМТ), являющихся ЖРД мно­гократного включения, характеризуется как временем работы, так и числом циклов работы. Например, для ЖРД К-40А (основного ЖРД ДУ реактивной системы управления МТКК "Спейс Шаттл") ресурс работы составляет 2 • 10⁴ с и 5 • 10⁴ циклов работы, а для ЖРД R-1Е-3 (вспомогательного ЖРД той же ДУ) - 125 • 10³ с и 5 • 10⁵ циклов работы.

7. Число основных режимов работы. Различают однорежимные ЖРД
(двигатели с одним основным режимом работы) и многорежимные ЖРД
(двигатели с несколькими основными режимами работы). ЖРД большой тяги являются однорежимными двигателями, но в последнее время за рубежом опубликовано большое число проектов двухрежимных ЖРД, в основном для одно- и двухступенчатых МТКК.

8. Диапазон изменения тяги. Для выполнения программы полета ЛА
часто возникает необходимость в изменении тяги двигателя, что обеспечи­вается изменением массового расхода топлива в камеру ЖРД. Например,
тяга ЖРД SSМЕ в полете может изменяться в диапазоне 65... 109 % Р_ном.
На 60... 80-й секунде полета МТКК "Спейс шаттл" тяга всех трех ЖРД
SSМЕ снижается примерно до 65 % Р_ном для уменьшения нагрузок на
корабль в зоне максимального скоростного напора. Непосредственно перед 500-й секундой полета тяга указанных двигателей непрерывно снижается, чтобы перегрузки на космонавтов не превышали значения 3g₃.

9. Давление в камере р_к — среднее статическое давление продуктов
сгорания в начале камеры сгорания у смесительной головки.

10. Импульс тяги ЖРД — интеграл от тяги ЖРД по времени. Значе­ние импульса тяги ЖРД равно площади под кривой зависимости тяги дви­гателя от времени его работы. Указанный параметр особенно важен для ЖРД ИСЗ и КА, предназначенных для коррекции их траектории или ор­биты.