Полная камера¶

Полная камера — камера сжигания твёрдого топлива с полным зарядом топлива, в которой загрузка заполняет весь объём камеры без свободного пространства, в отличие от полупустой камеры, где топливо занимает лишь часть объёма. Полная камера применяется в твёрдотопливных ракетных двигателях (ТРД), где топливный заряд в виде монолита или набора сегментов заполняет камеру целиком, а продукты сгорания отводятся через сопло.

¶Устройство и принцип работы

В полной камере топливный заряд занимает весь внутренний объём камеры, включая полости, образуемые при горении. Горение происходит по фронту, который перемещается вдоль оси камеры. Свободного газового объёма над зарядом нет, поэтому давление в камере определяется скоростью горения топлива и характеристиками сопла.

Конструкция полной камеры включает:

• Корпус камеры — цилиндрический или сужающийся к соплу, воспринимающий давление продуктов сгорания;
• Топливный заряд — монолит или набор сегментов из ракетного топлива (обычно композиционного на основе перхлората аммония или нитрата аммония с полимерным связующим);
• Сопло — сужающееся-расширяющееся устройство для преобразования тепловой энергии в кинетическую;
• Ингибитор — слой, замедляющий горение на боковой поверхности заряда, чтобы обеспечить заданную форму фронта горения.

¶Классификация камер сжигания

По степени заполнения объёма камеры топливом различают:

Полная камера характеризуется максимальным коэффициентом заполнения, что позволяет достичь высокой тяги при компактных габаритах. Основной недостаток — невозможность регулирования тяги в полёте и сложность гашения двигателя.

¶Применение

Полные камеры широко используются в твёрдотопливных ракетных двигателях различного назначения:

• Зенитные управляемые ракеты — двигатели работают на протяжении всего полёта, тяга не регулируется;
• Тактические ракеты — короткое время работы двигателя, простота конструкции;
• Ступени ракет-носителей — твердотопливные ускорители (например, ракеты-носители «Ангара» используют твердотопливные блоки);
• Ракеты-носители «Союз-2» — твердотопливные ускорители первой ступени.

В России твёрдотопливные двигатели с полными камерами разрабатывались в НИИ химической промышленности (НИИХП, ныне ФГУП «НИИ химической промышленности») и в КБ «Химмаш» (Москва). Ключевые разработчики твёрдотопливных двигателей — НИИ химической промышленности (Дзержинск), КБ «Химмаш» (Москва), ФГУП «Полёт» (Омск).

¶Преимущества и недостатки

Преимущества полной камеры:

• Максимальная тяга при минимальных габаритах;
• Простота конструкции — отсутствие сложных систем регулирования;
• Надёжность — минимум подвижных элементов;
• Возможность длительного хранения — твёрдое топливо не утекает.

Недостатки:

• Невозможность регулирования тяги в полёте;
• Сложность гашения двигателя;
• Ограниченный импульс тяги — зависит от объёма камеры;
• Высокие перегрузки на старте — тяга максимальна сразу после запуска.

¶Особенности проектирования

При проектировании полной камеры необходимо учитывать:

• Форму заряда — цилиндрический, конический, с полостью;
• Скорость горения — зависит от давления и температуры;
• Тепловой расчёт — защита корпуса от перегрева;
• Динамический расчёт — прочность корпуса при пиковых давлениях.

В России разработаны методики расчёта полных камер, включая математическое моделирование процесса горения и оптимизацию формы заряда. Основные научные школы — МАТИ им. К. Э. Циолковского, МГТУ им. Н. Э. Баумана, Московский авиационный институт.

¶См. также

• Твёрдотопливный ракетный двигатель
• Камера сжигания
• Ракетное топливо
• Сопло ракетного двигателя

¶Источники

• Справочник по ракетным двигателям / под ред. Ю. А. Рыжова. — М.: Машиностроение, 2005.
• Ракетные двигатели на твёрдом топливе / под ред. А. А. Степанова. — М.: Оборонгиз, 1960.
• Полёт: Научно-технический журнал. — Омск: ФГУП «Полёт».
• Циолковский К. Э. Исследование мировых пространств реактивными приборами. — Калуга, 1903.