Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А., страница 9

Этот контакт обеспечивается при соударении струй, поскольку вначале образуется совместная (двухкомпонентная) жид>тая пленка в форме лопаточки небольшой толщины и с развитой нове хностью, д ля впрыска несамовоспламеняющихся топлив струйные форсунки используются в камерах с большой расходонапря- е Это необхопнпо вля того, чтобы повысить устойчивость рабочего процесса (сн. главу >г). женностью, так как производительность таких форсунок велик!!. Одиночная центробежная форсунка распыливает жидкость действием сил, возникающих при интенсивном вращательном движении 1закруссивапии) жидкости внутри форсунки.

По тому, каким способом осуществляется закручивание, центробежные форсункп подразделяются па тангенциальные Г 1рнс. 1.5, а) и шиековые (рнс 1.5, б). В пере вьж закручивани! обеспечивается таи!енин. плиний подачей ткид. кости во вну грини!ою /, полость форсунки, У вторых — специальным завпхрптелем !шнеком), имеющим на наружной поверхности винтовую резьбу. Двигаясь по резьбе, жидкость приобретает вра- Г щательное движение относит!'лино осн форсунки. Как в тангенциальа ! ' 0 ной, так н в шнековой форсуике жидкость нз камеры закручивания поступает в сопло и вытекает пз него в виде тонкой пленки (пелены) Рис.

сии Вприпитг! струйных тлеимпов конусообразной формы стгесепправивтиг!я Г!елена затем дробнт- Π— аиислгпелм à — ге!ивисе ся на капли, разлета!ощнеся по прямолинейным траекториям, наклоненным к оси форсунки (рис. 1 6), Капли образуют полый внутри конус* распыла с углом при вершине 2п. Особенностью центробежной форсунки является то, что жидкость не заполняет всю камеру закручивания и сопло, а располагается тонким слоем на пх внутренней по. верхности. Пентральная часть камеры закручивания и сопла занята газовым вихрем с давлением, приблизительно равным давлению среды, в которую производится впрыск. Упрощенно образование вихря во внутренней полости центробежной форсунки можно объяснить так (рис.

!.6). Если пренебречь вязкостью, то момент количества движения произвольной частицы жидкости относительно оси форсунки ! Г 0 й о Г ! й ;жМ .т Гй ее'~' Г * Точнее, одиополостный гиперболоид. М=тпшг (ш — -масса частицы, ш — ес скорость, г — расстояние до оси форсуики) должен быть постоянным на всем пути внутри форсункн. При движении жидкости в форсунке ее частицы нерейтеща~отся от периферии к центру.

В связи с этим вблизи оон фортунки 1г-нО) скорость потока теоретически должна была бы возрастать до бесконечности, а давление в р те а погоке (согласно уравнению Бернулли — + —,, = сопз1) он соответственно падать до минус бесконечности, что невозможно. Рнс. КВ. Схемы центробежных форсунок; а — тангенцнаньной: б — нтненввой (" в) нг„ (1.3) 11а самом деле при уменьшении г скорость потока действительно растет, давление жидкости в нем падает, но только до тех пор, пока не сравняется с давлением среды, в которую производится впрыск. Дальнейшему падению давления в потоке препятствует давление этой среды. Поэтому жидкость из форсунки вытекает не через все сечение сопла, а только через кольцо, больший радиус которого равен радиусу соплаг„ а меньший — радиусу вихря г,.

Степень заполнения площади сопла жидк стью характеризуется коэффициентом живого сечения ~р: Полностью теория ценгробежной форсунки, разработанная Г. Н, Абрамовичем, здесь не излагается ввиду широкой ес известности '"'. Кроме распылцвания жидкости форсункп любого типа осушествляют и ее дозировку, т. е. обеспечивают определенный расход компонента топлива. Поэтому основным уравнением любой форсунки является известное пз гидравлики уравнение расхода жидкости и =сс.У2с1Рр Ос где 1» — коэффициент расхода форсунки; Г,— плошадь поперечного сечения сопла форсунки; у — удельный вес жидко- сти; Ь|ф — перепад давления на форсунке. Коэффициент расхода р учитывает уменьшение действительного расхода жидкости через форсунку по сравнению с теоре- .Л тическим.

:л В струйной форсунке это уменьшение вызывается сжатием струи (рнс. 1.3) и потерей скорости (потерей энергии) вследствие гидравлического сопротивления рис. 1.в. истечение жидкости из отверстия. Для струйных форсунснтроасжной тинсснннниьнов нок величина р устанавливается форсунка обычно экспериментальным пу- тем и составляет 0,60 — 0,95. В отличие от струйной форсунки коэффициент расхода р центробежной форсунки сильно зависит от соотношения между ее размерами. Эта зависимость, если не учитывать вязкость жидкости, дается параметрическими уравнениями: А= 1 (1.5) т1' т (1.6) и си., наприивр, 12], [31 и ар.

где А — геометрическая характеристика форсупки; о — коэффициент живого сечения сопла форсупкн. Геометрическая характеристика форсунки равна ~~ах~ с н~ вт (1.7) где и — число входных отверстий форсункн; остальные обозначения ясны нз рис. 1абе, а. Если форма входных каналов не круглая и пх направление не перпендикулярно оси форсунки, то ПГе т00 где Є— площадь поперечного сечения входного канала; 3 — угол между направлением входного канала и плоскостью, перпендикулярной оси форсунки. Например, для шнековой форсункп (рис. 1.Б, б) Е,„равно площади проходного сечет,0 2са' ния одно~о межвиткового кана.

ла шнека, п — числу заходов, 0,7 700 й — углу подъема и 2)с„— среднему диаметру резьбы шнека. Угол конуса распыла с коэффипиентом живого сечения центробежной форсункн связан 02 80 соотношением О,т,н 1 н= 0~204Х87890 "=(1+~ 1-т)) .—, Рис.

Кт. Зависимость р, е и 2а (1 8) от геометрической характери- рафики зависимость~ 1т ~Р и с ки ~ентроб ной форсунки 2а от А изображены на рис. !.7. Коэффициент расхода р и угол конуса распыла 2а центробежной форсунки зависят также и от вязкости распылнваемой жидкости, причем с увеличением вязкости р увеличивается, а 2а уменьшается, что объясняется уменьшением закручивания жидкости в форсунке вследствие потерь энергии на внутреннее трение.

Поскольку в отношении р и 2а увеличение вязкости жидкости приводит к тому же результату, что и уменыпение геометрической характеристики, то влияние вязкости возможно учесть простым умножением величины А на поправочный коэффициент )<1, зависящий от вязкости жидкости и геометрии форсунки, Исправленную таким образом геометрическ) ю характеристику А называют эквивалентной характеристикой А,,: А, == А1.

г1 0) После замены А на А, течение реальнои (т. е. вязкои) >ьидкости в центробежноп форс)нке будет описываться темп же формулами, что и течение идеальнои жидкости Для коэффициента 1' Л. А. Клячко [29) установил зависи- мость ! л (В' )' (110) к,„ ялз;,и где >з'= — —,' (или для шнсковых форсунок Ь' — - —;.— ' — сок Н); > ~х О~ Л--- коэффициент трения (ф~пкция числа 1'сйпольдса, рассчит'зиного по параметрам на цм>- дс я форсунку).

По опытам 21 еь Клячко где збф 14е =- хтп,„р иН„„ (1.12) лздесь ~,„— кинематнческая вязкость жидкости). Влияние вязкости жидкости следует учитывать в тех слул ' ь'." чаях, когда член — 1 — — А) заметно больше нуля. Послед- 2 1, и нее имеет место при большом диаметре камеры закручивания, малом диаметре входных каналов и малом значении Ре (малые расходы, вязкие жидкости). Таким образом, у центробежной форсунки благодаря вихрю живое сечение сопла существенно меншце, чем у струйной, и поэтому ее коэффициент расхода также значительно меньше. С физической точки зрения уменьшение р у центробежной форсупки объясняется значительной затратой потенциальной энергии жидкости (перепада давления) на создание интенсивного вращательного движения. Опыгным путем установлено, что хорошее качество распыления жидкости центробежными форсунками обеспечивается прн значениях геометрической характеристики в пределах 1 — 10, что соответствует значениям р, равным 0,08 — 0,45.

Обычно >ке А= =3 —:7 и р=0,15 —:0,25. Следовательно, при одинаковом перепаде давления и одинаковом диаметре сопча центробежные форсунки менее производительны, чем струйные. Это обстоя- тельство создает известные трудности прн конструировании камер с высокой расходопапряженностыо. Большим недостатком обоих типов форсунок является параболическая зависимость расхода жидкости от перепада давления Лрчь сильно ограничивающая и затрудняюгцая регулирование тяги двигателя.

Как известно, тяга двигателя прямо пропорциональна расходу топлива. Прн изменении тяги (пли, что то жс самое, расхода топлива) в 2 — 3 раза перепад давления па форсунках изменяется в 4 — й рзз. Чтобы обеспечи~ь у ~ийчпвую работу двигат ля, миннмзльноезначениеЛрь чо.ш.й ~ огтзв.ш ~ ь 2 3 итьч При ~ акнх условиях п«репах лзвзгиия на фор унках (нрн максимальной зяге) лол;кен бы~в ранен 3--27 пгж. Если увеличить пределы изменения тяги ло 4 — 5, минимальное значение Лрз на режиме максимальной тяги возрастет до 32 — 75 атак а это потребует большой затраты энергии на подачу компонентов топлива в камеру н приведет к снижению экономичности двигателя.