Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 36
Текст из файла (страница 36)
жается. В заключение отметим, что снижение В, применение материалов с высоким значением коэффициента теплопроводности и указанных выше покрьятий являются одними из наиболее действенных мер при решении проблемы охлаждения стенок. Использование этих факторов выгодно также и потому, что они не ухудшают качества рабочего процесса в камере и не вызывают увеличения гидравлических потерь в тракте охлаждения.
й 3 6. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ КАМЕРЫ ЖРД Расчет системы охлаждения может оыть как конструктив-. ным (проектным), так и поверочным. В первом случае объектом расчета являются раамеры и форма тракта охлаждения, а также толщина огневой стенки, удовлетворяющие заданным условиям работы камеры и температурному режиму ее стенок. При поверочном расчете, нноборот, форма и раз- ' Что происходит в случае охлаждении камеры компонентом топлива, склонньгм к т рмическому разложению, образованию отложения ав стенке н т. п.
189 меры тракта охлаждения и толщина огневой стенки полагаготся известными, и объектом расчета (при заданном рсжпмс раооты камеры) служит температура стенок н охлагкдагощеи жидкости, после чего проверяется, удовлетворяготся ли условия надежного охлаждения. Поверочный расчет более типичен для практики, так как при этом используется опыт по организации надежного охлаждения камер предшествуюгцих двигателей. Поэтому ниже будет изложен порядок действий при выполнении поверочного расчета, Но ввиду того что этот расчет, как прав~г.то, выявляет невозможность защиты стенок с помощщо одного только наружного охлаждения и в то же время пе позволяет сразу же дать оценку правильности организации вн) трениего охлаждения" (если оно применяется), то поверочному расчету охлаждения должен предшествовать приближенный расчет оптимального состава и оптимального расхода топлива, подаваемого в пристеночный слой (для внутреннего охлаждения).
Оптимальными будем называть такие значения этих величин, при которых обеспечивается надежное охлаждение стенок с минимальными потерями удельной тяги из-зз применения внутреннего охлаждения. Расчет оптимального состава и расхода топлива в пристеночиый слой для надежного охлаждения стенок камеры Наиболее теплонапряженяым сечением камеры является критическое сечение сопла, поэтому основная задача этого расчета сводится к тому, чтобы определить такое соотношение компонентов топлива у внутренней поверхности огневой стенки в этом сечении гс„'»к „„, при котором суммарный локальный тепловой поток от продуктов сгорания к степке г)'» составляет величину, равную местным возможностям наружного охлаждения. Другими словами, й;,"е,„„— это такое соотношение компонентов у стенки в критическом сечении сопла, при котором ,тк»,тк» х ж' где г)'р — удельный тепловой поток, который может отвести охлаждающая жидкость от стенки в критическом сечении сопла при выбранных параметрахнаружиогоохлаждения и отсутствии поверхностного кипения.
* Поверочный расчет может установить правильность организации внутреннего охлаждения тоаько после проверки ряда вариантов с различными значешшми начальных параметров пристеночного слоя, что сильно увеличивает объем работы. 190 Кроме того, необходимо определить также такой относи- тельный расход топлива (нли одного из его компонентов) на ггл~ с ~ внутреннее охлаж генис ш ( — ), при котором в а.с, сх=(6, ) опт результате перги шивания пригтеночного слоя с ядром по- тока у внут)инной поверхности огневой стенки в критическом сечении сопла достигается соотношение компонентов, равное /г„'е, „„. Только при з ской организапии пристеночного слоя можно до конка исчерпать возможности наружного (наибо- лее экономичного) охлаждения и обеспечить минимальные потери удельной тяги из-за внутреннего охлаждения.
Чтобы определить й г „„и т„, „„„необходимо зада- ваться значением ряда величин, а затем уточнять их либо по ходу данного расчета (путем последовательных приближе- ний), либо при последующем проведении поверочного рас- чета охлаждения. В дальнейшем для упрощения записи ин- декс <кр» у всех величин, относящихся к критическому сече- нию сопла, опустим, поскольку расчет производится только для этого сечения. Исходными данными для расчета яв- ляются: — геометрический контур камеры и ее размеры; — величины, определяюгцие режим работы камеры (р„, Ох, /г„); — данные термодинамического расчета горения топлива в широком диапазоне значений р и й; — параметры наружного охлаждения (расход охлади- теля и его физические свойства при различных температурах; форма и размеры тракта охлаждения; тип, размеры и мате- риал оребрения; распределение давления жидкости в тракте охлаждения); — толщина и материал огневой стенки.
Форма и размеры тракта охлаждения в области критиче- ского сечения сопла для лучшего использования возможно- стей наружного охлаждения выбираются такими, чтобы обеспечить максимальную скорость движения охладитсля, которая во избежание больших гидравлических потерь обыч- но не превышает 35 — -40 м(сек, Расчет производится в такой последовательности.
1. Задакэтгя максимальным значением Т„„не превышаю- ~цим пределыно допустимой температуры Тщ, материала огне- вой стенки, и значением температуры охлаждающей жидко- сти Т„,. Величину Т„, без большой погрешности можно при- нять равной Тв, = Тгк „+50' (Т ,,„ — температура охлади- теля на входе в зарубашечное пространство), поскольку по- догрев жидкости в тракте охлаждения редко превышает!ОО'. В последующем (при поверочном расчете охлаждения) зна- чение Тж уточняется. 191 2. Нычггсляется величина коэффициента теплоотдачи к охладителю а„с учетом влияния оребреиия.
При этом физические свойства жидкости считаются отвечающими температуре Тии Затем (после и. 3) значение определяющей температуры уточняется. 3. Решается система уравнений: 4г. = х (Т„, — Т ); гм гу . =- — !'- (Т,, — Тл .) и устанавливаются значения двух неизвестных — температуры Т„, и д,п — удельного теплового потока, который может отвести от стенки охлаждающая жидкость, 44 4. Задаются рядом зна4вг чений соотношения компо- нентов топлива у стенки Яр (угп, сг лп, се ип. св и т. д.) и определяют соответствугощие им величины суммарных тепловых потоков ог — ~ — '- "лс "лег ллсг~ ласт продуктов сгорания к стен- "ал аллг ке (гувг густ, гу„и т. д.), рис.
а.!6. определение М,...-. используя зависимости, в критическом сечении сопла о е в 9 3.2. установленные в 5. По результатам расчетов, выполненных в п. 4, строится гРафик зависимости гУв от Уг,, (Рис. 3.16). С помощью этого графика и величины гу„, (установленной в п. 3) находится искомое значение Акр, „„, б. Задаются рядом значений относительного расхода топлива на инутреинес охлаждение гп„, =- "'' (и„„,гп„,э лг„„ н г. д.). Для ка~ждого значения пг,, определяют начальные параметры пристеночного слоя (соответствующие моменту окончания его формирования) и производят расчет перемешивания его с ядром потока по методике, изложенной в !.4.
При пленочном внутреннем охлаждении определить исходные данные для расчета этого перемешивания совсем нетрудно, поскольку ~пл лгп.с = —: Н стал =гпс.ссгх где Сгпгг — расход жидкости для образования пристеноч. ного слоя. 192 При распределительном внутреннем охлаждении ггпк. и. с Г бг. п.с «г„, = где сг,„„,, н 6...— расход окислителя н горючего в пристеночныи слой соответственно.
Но в этом случае соотношение лгежду ггрк,, и 6, „, неизвестно, и чтобы определить начальные параметры пристеночного слоя, необходимо задаватьгя типом и расположением форсунок на головке. Расчет перемешнва- ккг ~ккиО) ния пристеночного слоя с ядром потока заканчи- «асг вается тем, что находят- ккс ркм ся значения избыточной конпентрацин компонен- кксг та топлива у стенки в критическом сечении (т.е. значения с(х„р,0) и соот- 'ч кс ветствующие им значе- о~с~ ~ рг гг агкгг ния й .р(хц 0).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
