Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 37
Текст из файла (страница 37)
кгкг ркм 7, По результатам расчетов, выполненных в Рис. здт. Определение м„„„, и, б, строится график зависимости А„р(х„р, О) от ш„„(рнс. 3.17), С помощью этого графика и найденного в и. 5 значения й",р, „„определяется вторая искомая величина т,, „„, которая исполь зуется в дальнейшем для уточнения расчета головки. (прп распределительном внутреннем охлаждении) илн узлов ввода жидкости на стенку (при пленочном внутреннем охлаждении). Порядок выполнении поверочного расчета системы охлаждения Поверочный расчет системы охлаждения производится для ряда избранных сечений камеры.
Исходными даннымн в этом случае являются те же самые величины, которые использовались прн нахождении /г,'р,,„п гп„,, рч„и, кроме того, результаты расчета перемепшвання пристеночного слоя с ядролг потока, выполненного для всей камеры, т. е. локальные значения я, „во всех расчетных сечениях. Расчет проводится в такой последовательности, !.
Камера разбивается на участки рядом избранных се. чений, расположение которых зависит от ее конструктивных особенностей, размеров и требуемой точности расчета 193 (рис. 3.!8). Желательно, чтобы иа границах каждого из участков параметры теплоперечачи не очень отличались друг от друга. Поэтому в области критического сечения сопла, где эти вели шны изменяются паиботес резко, длина участков ид„„...,,, должна быть небольшой. 2. Задаются распретелением Тв е по длипг камеры, исходя из свойств материала н положения сечения. О Наибольшие значения Тв в следует задавать в области критического сечения сопла с пониженигм в направлениях к выходному сре- 11 зу сопла и к головке.
3. В каждом сече- нии по методикам, изРис. 838. Раабнака кажры на тчагткн ложенным в й 3.2 и длк поверочного рагчета гпгтеим окла- 3.3, вычисляются локальные значения конвективноготгн, лучистого дп н сУммаРного тут Удельных тепловых потоков, а также температура наружной поверхности Тп, о т =т — дв —. а.е а.с В и Дальнейший порядок расчета зависит от характера теплоотдачи в тракте охлаждения. Сушествуют два варианта продолжения расчета. Первый вариант Т„,<Тк (нет поверхностного кипения жидкости на стенке). 4. Вычисляются средние значения удельных тепловых потоков дв „„и значения тепловых потоков Цт на всех участ= ках камеры: + тч-1 ~~а гр 2 где у„' н ~ув~' — значения дх па границах аалто участка; Тт,. — плошадь поверхности т го участка.
5. Определяются по ~огрсв жидкости в тракте охлаждения на каждом из участков ХТви и ее температура в каждом 194 сечении. Для этого используются уравнение баланса тепла !,),. = 36006„.,сж,.ЬТ, и суммирование подогревов ЛТян по ходу движения охладителя, т. е. т.,+, = тж,. + Ьтгю Очевидно, что температура охчадителя иа выходе из вар)башечиого пространства 7'ж „и; будет равна Тж, ожс — Тжж ох 6 ж',м тТж! 'Ч где Тж,„— температура жидкости при входе.
Расчет подогрева жидкости целесообразнее начинать с сечения, через которое жидкость входит в тракт охлаждения. Теплоемкость жидкости с.. определяется средней на участке температурой; при этом величиной сжо сначала задаются, а затем проверяют ее соответствие температуре уж~+ ~ж1о1 6, В каждом сечении опре !еляе!ся локальное значение аж !без учета оребрепия), подсчитывается коэффициент эффективности ореореиия /тор и вычисляется то мпература наружной и внутренней поверхностей огневой стенки в предположении, что с)ммарный !епловой по!ок ат продуктов сгорании !7а полно тью пеРодастса охлаждзкэщсй жидкости.
ПРи этом пспользуюгся формулы; -- — 828Е 1 ( б' о )к ~ж. ор 7'ор~ж Т„,= — 7' +— ж..р 'ж 7, Вычисленное значение Т„о сравнивается с тем, которым задавались в п. 2. Если совпадения нет, необходимо задаться новым значением Т, „, промежуточным между ними, и вновь повторить расчет по пп. 3 — 6, добиваясь совпадения заданной и вычисленной Т„ о в пределах 3 — 5о)о во всех расчетных сечениях. 8. Когда указанное совпадение достигнуто, проверяются условия надежного охлаждения стенок. Прп этом во всех без исключения сечениях То о должна быть меньше Т,р и ,„„меньше Т, 195 ВтоРой ваРиант Т„с: Ут )тсз!!лоогдана Ог стенки и ОхлаДНГЕЛЮ ПРОИСХОЗПГ ПРИ ПОВЕРХНОС!НОМ КИПЕННИ ПОСЛЕДНЕГО).
В этом случае расчет продолжается следующим образом, 4. Полагают, чго температура наружной поверхности огневой стенки ТН,=Те+!хТ„,рс,рс„я.=Те+ (10 —:ЗО') и определяют температуру внутренней поверхносги Ь Т„с = Тя, + дв . я.с я.с Х И далее, как и в первом варианте, сравнивают полученщн !на Онпс Т„с с тем, которым .щ !звались н и. 2. Прп суПп С ! воино!! Раю!П'! П! В ЗНН!СИНЯХ ! я, '!Гн!Нп! !! Я НОВЫМ ЕГО :щн и нпсм, промежуточным между ними, и вновь повторя!Ог расчет.
5. Когда совпа гх г (в пределах Л- 5!о!о) задаваемые и вы- О! .ленные значения Т, о в тех сечениях, где имеет место поьсрхносгное кипение жидкости, определяю гся локальные значения критического теплового потока д„р, а затем производится расчет подогрева жидкости в тракте охлажденяя и проверяется соблюдение условий надежного охлаждения Тв в С Т,; Т,„„< Т;, !ух С О,Т!у, . Если все три" неравенства удовлетворяются, расчет охлаждения считается законченным.
В том случае, если не соблюдается какое-либо из условий надежного охлаждения хотя бы в одном сечении камеры, необходимо либо снижать общий теплосъем, либо улучшать местные условия охлаждения. При этом в первую очередь форсируется наружное охлаждение. Чтобы воздействовать на него, необходимо уменьшать толщину огневой стенки 3, заменять материал стенки более теплопроводным, увеличивать скорость движения охладителя и увеличивать его расход подключением к системе охлаждения (когда это возможно) второго компонента топлива.
И только исчерпав все возможности наружного охлаждения, следует форсировать внутреннее. При изменении какого-либо условия теплообмена расчет охлаждения стенок необходимо повторить в полном объеме. * В первом вяр!Ыпсе доствтояпмч являе!ся удовлетворенно первых двух. глава !ч РАСЧЕТ КАМЕР ЖРД 1!сходными данными для расчета камеры служат тяга иа земле Ре (илн в пустоте )с), вид топлива и соотношение мсжду его компонентами 7г, давление в камере рп, давление на срезе сопла ра а танисе отношение )к=Г„)Гпв. Выбор топлива и оптимальных* значений всех указанных величин (за исключением последней) производится при баллистическом проектировании ракеты, рассмотрение которого выходит за рамка данной книги. Поэтому величины Ро (или )с), К рк и р, здесь полагаются известными.
Оптимальным 7к является то наименьшее значение этой величины, которое позволяет разместить форсунки яа головке и обеспечить допускаемую (см. ч 1.!) расходонапряженность. Расчет камеры складывается из последовательного решенця следуюших задач: — определения основных размеров камеры; — профилирования сопла; — расчета системы охлаждения; — расчета головки и форсунок; — расчета камеры на прочность.
Такой порядок действий обусловлен следующими причиначн. Термодинамический расчет процессов горения топлива и истечения газа из сопла, позволяющий определить основные тяговые характеристики ЖРД (удельиую тягу и удельный импульс давления), можно произвести только при известных значениях основных параметров рабочего процесса в камере (рк, ра, 7к и соотношения компонентов й). В свою очередь знание Рт„и У„дает возможность наметить основные размеры камеры (диаметр критического сечения с(ив, диаметр камеры с(н и диаметр выходного сечения ' Оптимальнывп1 называются те аиа ~ения й, рю ря и !в, которые ооеспеювают паплуяюие вараны рпстпкп как двигателя, гак и всей ракеты. 197 сопла 11а), являющиеся исходными для профилирования сопла.
Установив геометрическую форму камеры и рассчитав изменение параметров продуктов сгорания по ее длине, можно произвести предварительные расчеты охлаждения, в ходе которых выяснить потребность во внутреннем охлаждении и уточнить конструктивные особенности камеры (материалы, толщины стенок, величину зазора между огневой стенкой и рубашкой охлаждения, способ скрепления оболочек и т. п.), Расчет охлаждения даст также окончательные рекомендации по оргаипзаппи внутрикамерного процесса, что позволяет приступить в дальнсйшем к расчету головки н деталей впрыска, 11роекгировапие камеры завершается расчетом ее на прочность, который, как правило, имеет поверочный харак. тер и в полном объеме может быть проведен лишь после того, как осуществлены газодпнампчсский и гидравлический расчеты камсрь1 и спроектирована ее система охлаждения.
Расчет камеры из пр пзность представляет собой отдельную симосгоятезьнзнз за'тачу, выходящую за рамка данной книги, н позгому здесь не рассматривается. В 4.1. ОНРЕДЕЛЕННГ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ КАМЕРЫ ЗКРД В настоящее время наиболее целесоооразной признана к;1 мера ЖРД с цилиндрической камерой сгорания, плоской форсуночной головкой и профилированным соплом. Схематический чсргеж такой камеры с обозначением основных проектных размеров приведен на рис. 4.1, пз которого видно, что для постросння контура камеры необходимо знать: 11к, Йир и с1а, оо1ем камеРы сгоРапиа Р„, Угол РаствоРа входного конуса 26, радиус сопряжения и, цилиндрической части со вхо гным конУсом сопла, РазпУс сопРЯжениЯ га вхоДиого конуса с профилировипной чигм,ю сопла и уравнение про- у "- г" 1и~ Рис.
4.1, Схематический чертеж камеры ЖРД 193 филя сопла у==!(х], Вопросы, связанные с определением г, и функции р= )(х), будут рассмотрены в следующем пара. графе. Для расчета с(еч и Н,. необходимо зиять действительный расход газа через сопло (или действптельпыи расход топлива через камеру Оь). Величина (э; при заданной тяге двигателя определяется значением удельной тяги. Методика вычисления действительных (ожиласмых) значений тяговых характеристик ЖРД цо данным тсрмодииами и скоп о рас тета процессов горения топлива и истечения газа из сопла рассмотрена в % 2зй Для двигателей вторых и последующих ступеней рак г действнтельныс (о кидаемые):значенпя ущ чьнои тяги в пастотс ттт и удельного импульса давления Уг определяются ио формулам (2.100) или (2. !05) и (2.101).
В этик формулах числепныс значения коэффициентов потерь (~рр и чь) выбирая)тся в гоотнстствпи с рекомендациями, изложснигямн в ч 2.5, а коэффицпснтьц учитывакпцис тепловое сопротивление камеры (аг и ~Г~), определяются ио графикам рис. 2.20 и 2.21, входом в которые служит выбранное тк значение величины 1к == †. — . Тсойстичсскнс значениЯ Удсльт ке ной тяги в пустоте Итл тч,р и удельного импульса давления („„,р обэьнно заимствуются из таблиц, в которые сводятся результаты термолинамических расчетов горения и истечения. Значение К„„,р вычисляется либо по данным термодннамического расчета, либо (что менее точно) по формуле (2.34) . Для двигателей первых ступеней ракет задается обычно тяга на земле Р,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
