В статье был кратенький ликбез.
В том числе и о том, что давление в ЖРД создает не процесс горения в КС, а насосы топлива. Горение обеспечивает увеличение объема, а по школьной физике известно, что увеличение объема, помноженное на давление, есть энергия.
Горение в газогенераторе увеличивает энергию (или вырабатывает мощность, в случае отнесения энергии ко времени), данная энергия вращает турбину, а та, в свою очередь, насос ы топлива.
Повторю диаграмму:
Жидкостный реактивный двигатель (ЖРД)
1-2 - сжатие жидкого топлива ТНА (оно почти не сжимаемо - поэтому повышение давления)
2-3 - изобарный (при постоянном давлении) подвод тепла - то есть горение топлива.
3-4 - адиабатное расширение продуктов сгорания в сопле
4-1 - рассеивание оставшегося тепла газов в окружающую среду.
А теперь проиллюстрируем это на схеме РД-180
Вначале топливо из баков (горючее и окислитель) под давлением газа (гелий для горючего и кислород для окислителя) подается на вход насосов. Насос окислителя - 1. Насос горючего - 2. Жидкий кислород - голубой на схеме. Керосин или его аналог - зеленый на схеме. Расходы горючего и окислителя очень большие, и даже при трубопроводах в десятки сантиметров падение давления из за сопротивления очень значительные. На входе насосов не должно создаваться разрежение - это чревато кавитацией. Это компенсируется тем самым давлением в баках. Иногда используют преднасосы, что бы снизить давление в баках и толщины их стенок.
Этот процесс - подачи топлива на вход насосов - на диаграмме не показан.
Насос окислителя 1 и насос горючего 2 создают давление - порядка 600 атм. На диаграмме это линия 1-2 - сжатие жидкого топлива. Объем его почти не меняется - линия практически вертикальна.
У насоса горючего (2) рабочих колес 2. Первое пропускает через себя весь объем топлива и подает основную его часть в рубашки охлаждения двигателей и далее в форсунки КС.
Часть горючего после первого рабочего колеса поступает на второе и с более высоким давлением идет в форсуночный блок газогенератора 3. Это - самое высокое давление в двигателе. Оно нужно, что бы распылить горючее в окислителе, у которого так же высокое давление.
Из насоса окислителя 1 весь кислород поступает в газогенератор 3.
В газогенераторе небольшое количество горючего сгорает в избыточном количестве кислорода и выделяется тепло. Если бы смесь была стехиометрическая - все молекулы кислорода прореагировали со всеми молекулами горючего - была бы достигнута очень высокая температура, которой было бы сложно, а на самом деле - невозможно противостоять и стенкам газогенератора и лопаткам турбины. Подается избыточное количество кислорода. Тепловая энергия химической реакции затрачивается на испарение и последующий нагрев кислорода. В результате - температура газов сравнительно небольшая.
Полученная смесь, на схеме коричнево-оранжевого цвета, состоит в основном из кислорода, с небольшим процентом продуктов сгорания - углекислого газа и водяного пара.
На диаграмме процесс в газогенераторе - небольшая начальная часть линии 2-3, подвод тепла.
Газовая смесь из газогенератора проходит через полнопоточную турбину 4. Эта турбина - с очень низким КПД - поскольку ей необходимо "снять" с потока газов только небольшую часть энергии в виде падения давления.
На двигателе Ф-1 и РД-107 (108) на турбину идет малый объем газов, но сама турбина - с высоким КПД и "снимает" почти все давление с потока газов.
На диаграмме это должно было бы отображено небольшой ступенькой снижения давления. Но я воспользовался готовым рисунком, и изменять его не стал.
Газовая смесь, состоящая в основном из кислорода, по трубопроводам 5 поступает в КС.
Горючее после насоса поступает в рубашку охлаждения 6 сопла и КС, а затем в форсуночный блок 7.
Газообразный окислитель и жидкое горючее смешиваются в форсуночном блоке 7 и сгорают в КС.
На диаграмме этот процесс - линия 2-3 за вычетом маленького начального участка газогенератора.
Газы из камеры сгорания проходят критическое сечение, где "сидит" прямой скачек уплотнения - дозвуковое течение переходит в сверхзвуковое.
Само понятие "дозвуковое" и "сверхзвуковое" связано со скоростью распространения давления в среде - звуковой или ударной волны. Эта скорость зависит от давления газов - чем выше, тем больше скорость - и от температуры - чем выше температура, тем выше скорость.
Потому сплошь и рядом ситуация, когда скорость - 300 м/с и это "сверхзвук", а 1000 м/с - глубокий "дозвук".
На диаграмме критическое сечение - точка 3.
В сопле газы расширяются, преобразовывая потенциальную энергию давления и температуры в механическую - скорость. или иначе, кинетическую энергию.
На диаграмме это линия 3-4.
Так как у ЖРД процесс не замкнут, то охлаждение 4-1 происходит вне двигателя.
Небольшое добавление.
Теоретический (идеальный) цикл дает упрощенную картину, во многом отличающуюся от реальных процессов.
Но! Это закладывает "базу" - понимание физической сути происходящего. То самое, что позволяет уйти от ситуации: "за деревьями не видно леса" - то есть за подробностями не видно сути происходящего.
Покажу это в примере, на основе предыдущей статьи.
Цикл Отто
Цикл Дизеля
И реальные индикаторные диаграммы карбюраторного и дизельного двигателей, четырехтактных
Как видите, различия весьма значительные. Но если сразу пытаться анализировать работу ДВС по индикаторным диаграммам - кто то просто не поймет, а кто то поймет неправильно.
