Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В. - Конструкция и проектирование ракетных двигателей твёрдого топлива, страница 12

Точки смыкания двух соседних семейств линий отмечены буквами. Эти точки называют особыми точками. Линии пересечения двух фронтов называются линиями пределов. Например, линиями пределов буДут 3 — А, 4 — А, А — Б и т. д,; особыми точками будут А, Б, В и т. д. Линии, лежащие на броннрующем покрытии, рассматриваются как неподвижные. При проведении расчета находятся все точки пересечения линий пределов и устанавливаются особые точки. До момента достижения этих линий и точек поверхность горения рассчиты.вается по неизменному контуру.

Затем контур сокращается на одну или несколько линий, принимается за исходный — счет повторяется. Расчет ведем да тех пор, пока контур будет ограничен двумя линиями. -Далее рассмотрены наиболее часто применяемые в РДТТ заряды. Трубчатый заряд (рис. 2.8). Он получил наибольшее распространение из-за простоты формы, взаимозаменяемости, освоен. ности технологического процесса изготовления. Он дает вазможность получить любую из указанных на рис. 2.5 зависимостей изменения поверхности горения.

При больших удлинениях заряда () ~ 10) горение происходит без заметного изменения Вз. Если Х ( 10, сказывается влияние выгорающих тарцев — поверхность горения будет дегрессивной. Постоянную поверхность горения можно получить путем нанесения бронирующега покрытия на торцы заряда. В тех случаях, когда трубчатый заряд имеет большое удлинение, а проходное сечение канала невелико, может возникнуть процесс аномального горения в канале.

Для исключения этого явления делают радиальные каналы по всей длине 4 Фахрттддиои н. х. и др. 49 и т 3 — е~хвир~/Ы + перхав/Ы + ыг = О. (2.5) с( = — е+ ~гге'+ яетмвирти е ее (2.6) а! бит бе е/ее мви" (2.4) б! Рис. 2.8. Трубчатый заряд РДТТ: а — с гореиием во всем иовервиостим; б — с ааброиироваииыми торцами; и — с рациалавыми «аиавами шашки. Каналы располагаются по винтовой линии, а их оси направлены перпендикулярно к продольной оси заряда (см.

рис. 2.8, в). Поверхность горения трубчатого заряда можно изменять в широком диапазоне применением многошашечных зарядов. Однако увеличение числа шашек в заряде приводит к уменьшению свода заряда и снижению коэффициента заполнения. Выбор количества шашек в многошашечном заряде определяется плотностью укладки шашек в камере двигателя. Наиболее плотную укладку шашек можно определить по формуле п = ! + 3 (й + й'), (2.2) где Й вЂ” любое наперед заданное число. Геометрические размеры трубчатого заряда можно найти исходя из найденной массы топлива; Рт и'з Рт — Р— б ) (.и, (2.3) где р, — плотность топлива; Р и с( — наружный и внутренний диаметры шашки; Š— длина шашки; и — число шашек в заряде. Выразим В через толщину свода заряда се = с1 + 4е; ьс — с( = 4е; сг + с( = 2 (с1 + 2е).

Длину заряда найдем из выражения для параметра Победоносови цева я, отнесенного к внутреннему каналу шашки: х,„=- — '" ~.,„ 4с'. и' =- †, откуда Подставляя полученные выражения в (2.3) и проводя преобразо- вания, окончательно получим 50 Решая квадратное уравнение, находим Приведенной методикой можно пользоваться в том случае, если. не задан размер камеры сгорания. Основным достоинством этого типа зарядов является простота конструкции и эксплуатации, возможность создавать большую тягу за короткие промежутки времени. К недостаткам относятся: низкий коэффициент заполнения камеры сгорания, необходимость удерживать заряд от перемещений специальными устройствами (решеткой и передним упором), контакт горячих газов са стенками камеры сгорания.

Все это приводит к значительному увеличению коэффициента массового совершенства двигателя (а = 0,85 ... 1,25) (32). Телескопический заряд (рис. 2.9). Это многошашечный заряд с концентрическим расположением частей: внешняя часть заряда имеет канал, внутри которого располагается бесканальная часть заряда. Горение заряда организовано таким образом, что исключается контакт горячих газов с большей частью внутренней стенки камеры сгорания. Для этого наружная поверхность канальной части заряда и торцы обеих частей заряда могут быть забронированы.

Толщина горящего свода выбрана так, чтобы обе 'части заряда заканчивали горение одновременно: диаметр внутренней части заряда должен иметь размер, равный двойной толщине свода наружной части заряда. Зазор между горящими поверхностями обеих частей заряда должен быть минимальным, но обеспечивать устойчивое горение топлива. Особую трудность представляет крепление центральной части заряда с обеспечением концентричного расположения ее и сохранения до конца горения заряда.

Возможны следующие способы крепления внутренней части заряда: с помощью выступов или сухарей, расположенных в зазоре между шашками (рис. 2.10, а); с помощью центрального стержня (см. рис. 2.10, б) и при помощи торцевых захватов (см. рис. 2.10, е). Первый способ наиболее простой, но его можно использовать только в случае кратковременной работы двигателя. При продолжительной работе вследствие выгорания свода и увеличения зазора между шашками нарушается концентрич- ее ное расположение шашек, что приводит к аномалиям в процессе горения заряда.

Второй способ лишен указанного не Рис. 2чи Телескопический заряд достатка, но стержень вытесняет РДТТ 4е Щ В-В Рис. 2.10. Схемы закрепления центральной шашки телескопического за- ряда откуда Л-А 53 В1 6 часть объема заряда, тем самым, уменьшая коэффициент заполнения камеры сгорания. Кроме того, увеличивается пассивная масса двигателя из-за наличия стержня и опорных деталей, необходимых для его креплении. Третий способ предусматривает удержание центральной шашки за бронированные торцы захватами, которые, в свою очередь, удерживаются деталями, соединенными с корпусом двигателя.

Масса телескопического заряда етх = )гр. = — РЛ(ГВх — г() + ГВт'11-. (2.7) Выразим диаметры шашек через толщину свода Р— с( = 2В„Т1 + с( = 2 (с( + е,), Вт = 2ны Параметр Победоносцева для рассматриваемого заряда п(1т+ От) Е 4Е Р„п(4 [ох — (2ет)т), л' — 2е, ' Е = х!4 (т( — 2бт). (2.8) Подставляя полученные выражения в (2.7) и решая квадратное уравнение, найдем: с( = 2 )/ е', + (2.9) Рис. 2.11. Канально.шалевой заряд РДТТ 52 Рис.

2.12. Схемы расположения щелей в канально-щелевом заряде: а — щел» с одного торца; б — щели а средней части; а — щели с обоих торцел Канально-щелевой заряд (рис. 2.11). Горение заряда происходит по внутренним поверхностям, образованным каналом и щелями.

Заряд позволяет получить 1пюбой закан изменения поверхности горения путем подбора соотношений между длинами цилиндрического Е и щелевого Е участков. Канальная часть заряда горит с увеличением поверхности горения, щелевая— с уменьшением.

В большинстве случаев подбирается соотношение между изменениями во времени поверхностей канальной и щелевой частей заряда, обеспечивающее практически нейтральную зависимость. В зависимости от условий эксплуатации заряд может быть установлен в камере сгорания щелями, обращенными в сторону сопла или в сторону переднего днища. Первый способ установки заряда предпочтительней как позволяющий повысить коэффициент заполнения. Одно из основных достоинств канально-щелевого заряда — ' отсутствие дегрессивно-горящих остатков топлива в конечный период горения заряда. К недостаткам этих зарядов можно отнести наличие концентраторов напряжения в основаниях щелей и высокие напряжения на поверхности цилиндрического канала, необходимость нанесения ТЗП на стенку камеры сгорания в районе щелей.

Канально-щелевой заряд может быть изготовлен несколькими способами: склеиванием отдельно изготовленных частей — трубчатой и щелевой; методом заливки в корпус или изложницу с оснасткой, формирующей канал и щелевую часть. На рис. 2.12, 2.13 показаны типичные схемы расположения щелей. Время горения щелевой части заряда не всегда может совпадать с временем горения трубчатой части. В зависимости от числа щелей и отношения са~ — величина е, может быть больше, т т(а равна или меньше ео (см.

рис. 2.11) 130). Если и, > нш то горение Я(~ В О Яф~~ ф) ~~О Я7 ~ (~~(7 ~)(~ Рис. 2.13. Схемы щелей в сечении заряда щелевой н трубчатой частей заряда заканчивается одновременно в результате выгорання толщины е, в радиальном направлении. Горение протекает в одну фазу. Если е, = ес, то горение сектора по радиусу н по перпендикуляру в плоскости щели заканчивается одновременно с выгораннем по радиусу заряда, не имеющего щелей.

Горение протекает также в одну фазу. Если е!.< е„то горение сектора между двумя щелями (прн числе щелей и, ~ 4) протекает в трн фазы. 1. От начала горения до того момента, когда цилиндрическая поверхность части канала между двумя щелями исчезнет (точка С). 2. Горение идет по поверхности СС' н СС", скорость перемещення линии С вЂ” В больше, чем по радиусу, поэтому убывание поверхностей процсходнт быстрее, чем в первой фазе. Горение второй фазы заканчивается, когда фронт горения придет в точку В.