Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Видно, что с увеличением радиуса закручивания ()г'„) величина Лл сначала возрастает до некоторого максимума, а затем уменьшается. В соответствии с изменением А (рис. 1.7) коэффициент расхода р при этом сначала уменьшается, а затем увеличивается. Угол конуса распыла 2сс, наоборот, сначала увеличивается, а затем уменьшается. Из этой же формулы следуе~, что для уменьшения р и увеличения 2я следует увеличивать г(, и уменьшать г(сх, и наоборот. Лля расчета более сложных типов форсунок (двухкомпонентных жидкостных с внешним и внутренним смешением, газожидкостных и т.
п.) следует использовать специальные руководства. Обший порядок расчета головки Как уже огчс ~алосгч исходные величины для расчета головки (Йсс, (г„с(,, угс, /г'",., гвч,) определяются при газодпнамнчсском р:счстс камеры и расчете ее охлаждения. В ~о же вре.~я осповиыс конструктивные данные головки (тпп, схема расположения форсунок, их количество, размеры, характеристики и г, и.) тесно связаны с кидом используемого топлива н оказывают репшю!цсе влияние на протекание ра. гючего процесса, .а следовательно, на й,", ы тя,с и т.
д, 214 Поэтому они непрерывно корректируются в ходе проектных расчсгоп кзчсры и окоичзгсльио стзизв ь~«з«~ген~илько после успешных огневых испьпзнии ~виги~»ля, !!зчальиыи же этап рас~ста головки юнсет быть осунгсствлсп в закой последовательности. 1. В завися»ости о~ величины диаметра камеры, природы топлива, величины тяги и других факторов выбирают гнп головки, впд форсунок и схему пх расположения пз головке. Прп эгон необходичо выбирззь ~акую стену, к»торил позволяет рззчестгпь нзпболщисе кол;ше тво фор )иок.
Это особ~ пни важи~ для кзчс!»~алого и с!шдпсго дизчет!зов (до 300 — 350 мги), Если не удастся разчссгить однокочпонеитныг форсупки, необходимо использовать двтхкочпопентные. Прп большом дигчетре головки и большом количестве форсунок схема их расположения не имеет существен~ного значения. 2. Задаваясь шагов чеясду форсунками И в пре,гелзх !Π— 50 зьи (но ис мспгс 1О,».»), раз»ездют нх нз конггурс головки и графически определи«л чи ло форсу» ~к ка.кдого кочпон~ нгз (л,. и н„„). Вы щсляют пропзво,~пиль» и гь одиночной форс)ики кз киото кочни»сита: гт„» стф „„-— —— зок С) гт„ ф' и,.
3. Выбирают персия гы давления пз форсуиках (Лрь»,, и Лр!,,) и углы ю нусов рагпылз (2»„» и 2-,), счпгывзл вид пятна шипе двигателя, 1засгчитывв«зг пар!ясны (габаритны ) размеры фор уиок и ировсрлюг возчожносгь разве~ценил пх,на головке при первоначально выбран»о» шаге Е!. В зон сл)час, когда ра ~меры форсунок получи отея столь больп~пчп, что первоначально выбрани» количгство форсунок не разчещаегся нз головке, можно изчспяго шаг, шсло форсунок, дпаистр камеры закручивания форсунок или (в небольших пределах) диаметр камеры.
При корректировке шага и числа форсунок перемычки между гнсздзхш под форсункп в огневом днище головки должны быть не чснее 4 — 6 щм. Бслп все эти мсропрпятпл щ позволяют разместить форсунки, следует прпхи пить дв! хкочпонентнь е форсуики с большои производительно«тьк~ (до!,5 — '.,Ок)(сек) нли струйные, пчсющпе существенно большие козффшгиенты расхода по сравнению с центробежными.
4. По иетодпке, изложенной в (! 1.2 (плн иной), проверяют, обеспечивает лп выбранная системз впрыска заданное соотношение компонентов в ядре потока, в прпстеночном слое и заданный расход топлива в пристепочный слой (т„ч). «1 При этом следует иметь в нилу, что соответствующее из»снеиие й'„', и увсличенис щ„„против заданных хотя и увслишвает надежность охтаждения камеры, но зато ул>еньшаст экономичность двигателя (снижает удельную тягу).
Чтобы обеспечить нужные значения параметров иристсночного слоя, необходимо изменить схему расположения форсунок. В сл)- чае если форсунка»и одинаковой (для кажзого ко»поиента топлива) произвол»тельное>л> не удается досгигн)ть желает>ых результатов, бедует у»еньшигь произволительно гь периферийных форсунок как окислителя, так и и>рючего и ииоиь повторить расчет смесеобразования. И только после того как результаты расчета покажут, что головка в цело» уловлетворяет всем прслъявленным к ией требова~нг>ялг, по установлен~ныл> (дегйствительныл>) значениям й„, А",,, и >и„, корректируется рас >сг»хлажнсиия, ГЛЛиЛ и КОЛЕБАТЕЛЬПЫЕ ПРОЦЕССЫ В КАМЕРАХ ЖРД 5 БЛ. ОБ%НЕ СВЕДЕНИЯ О НЕУСТОЙЧИВЪ|Х РЕЖИ!ИАХ ГОРЕНИЯ В жРД Одной из самых сложных проблем, решаемых при создании экономичного и надежного ЖРД, является обеспечение устойчивой работы двигателя.
Еще на заре развития ЖРД было установлено, что при некоторых условиях стационарный режим работы двигателя становится неустой швым, т. с. сразу жс после запуска или в другие периоды работы двп. гателя давление в камерс и другие параметры рабочего процесса начпна!от изменяться !колебаться) с различными частотами и амплитудами. Малые колебания параметров рабочего процесса всегда свойственны ЖРД, поскольку горение топлива в нем посвоей природе не может быть стационарным. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим процессы, происходящие в окрестности некоторой ~очки пространства внутри камеры. Эти процессы обладают определенной цикличностью даже при стационарной работе системы топливоподачи, т, е, при стационарном впрыске яо!дких компонентов топлпеа через форсунки.
В самом деле, чере ! выбранную точку с некоторой частотой следования проле~ают капли определенных размеров, После пролета капли точка оказывается в шлейфе ее паров, а затем мимо нее проходят продукты сгорания различного состава. Далее в окрестность рассматриваемой точки снова влетает капая и т. д. Уже одно это свидетельствует о исстационариости процесса. Вызванная д;юкрстно движу!цчмися каплями цикзичность процесса в данной точкс камеры носит случайный, хаотический характер и является одной из причин турбулпзации газа в камере.
Кроме того, спутпые струи газа, увлекаемые впрыснутым в камеру топливом, и обратные токи газа от сопла к головке создают неустойчивый тангенциальный разрыв в значениях параметров, являющийся источником сильного вихреобразования. Зязрстпм такжс, 1!то дажс идсальная с»стах!а топливополачп и впрыска нс работает нспрсрывно. Поскольку процесс ; аспида жидких струи и пелены являстся цикличсским, компоненты топлива пода!отса в камору отдсльными порциями. 1звальная жс сисгема топливоподачи, например насосная, вообще работает толчками цз-за коночного числа лопаток у поп!робежных насосов. Рассмотрвнные пр!гмеры вполне достаточно иллюстрпрукм причины неравночсрности процесса горснн». Внсшнпм признаком этой неравномерности является бо.!ьии1и шум, производимый работа!ощим двигателем. В настояшсе время считастся, что процесс горения в ЖРД протекает нормально, сслп возникаюл"'ее"Яааеье щие в камерс колебания парамстров рабочсго нроцссса являются Я1г ~ локальными, случайными во вре!(!ме „,явп б чя(,„ я!они и беспорядочно рис»редера! РЯ1н Я баяяРР ленными в пространство.
Одним из важных признаков нормального горсния является отсутствие Ряс. В.!. Осцнллог ач»а лаяле- Р... Осянзлбгпач'1а !!аале связи мсжду этими колсоанпямп. яяя я яа11гра: , „ЯМЯ„„,'; „б,'„, „„„,, =)тО ЗНВЧ»т, ЧтО ВОЗМУЩСНИС, ВОЗ- ненн; б — нн1 ннннннн !н ерня - пики!сс в о !иой топко каа!в)зы, н ннян на!ранена яеененнн нс должно оказывать сущсствепиого влияния на обстановку в поста!очно удаленной от нос другой точкс каморы.
При отсутствп» такои связи напряжения, возпикающис в стенках камеры от мсханичсских нагрузок и нагрева, практичсски нс будут зависеть от локальных изменений параметров внутр!!камерного процесса. Такое нормальное горение в ЖРД и с штают стационарным апа.зогпчно тому, как в гидромеханике считается стационарным турбулентный режил! движения жидкостей и газов. Осциллограмма давления в камере имсет при этом впд, изображенный иа рис. 5.!,а.
Правда, дица.чический (шумовой) характер нормального горения в ;КРД пе всегда является бс.шрсдным, поскольку он вызывает вибрацию корпуса ракеты и может внести погрешности в работу системы управления. И все же нормальное горение, ограиичсинос по амц:штуде колебаний параметров рабочего процссса, пс спижпст пока иадсжногти двнгателсй и ис вызывает больших затрудиспии при цх эксплуатации.
Гораздо более опасными являются отмсчениые пыц!е нарушения стационарного горения, обусловленные его неустойчивостью. Неустойчпвыс рож»мы характеризуются болыцими отклонениями параметров рабочего процесса от их стационарных (срсдних) значений. Записанная с помощью осциллографа кривая давления (рпс. 5.!,б) свидетельствует в этих случаях р! наличии и камерс упорядоченных колебаний, наложенных па шумовой фон нормального горения. Эти колебания имеют 218 достаточно большую амплитуду и вполне определенные частоты. > Нки!' и!'«стойчивь1«' р«'и!Оч>1 '>асти'>но или полностью разрушаю~ кахи ры дви>а>«лей, Внешним проявлением ие. устойчивых режичов раооты ХКРД являю> я хорошо различимы«зв1ковь>е эффекты различной высо!ы и тембра.
«>ти звуки по высоте тона со!мветсгвунт !с«! 1,>стотам упорядоченных колебаний, которые пмск>т место внутри камеры. Ревю«шруеч сказанное; неустойчивые р«кимы ра«>от!! хзрактерпзу10тся тсч, что л1ы!ами«!сскпе НО!«11щ«нпя В квм«ре перестают быть хаотичнымп и упорядочиван>тся. Между колебаниями, новинка>ощимп в различных точках камеры, устанавливаются определенные соотношения, благодаря чечу создастся возможность усгойчпвого существования и сачоусилсиии э>их кос>с«>пни>1.
Н«устой !Пвый режим р;!!Ныы )К!'Д прс1ставлясг «Обой ' совокупность сложных явлений и чожст охватывать все агрегаты двигательной устажовки. Поскольку колебании распространяются по ней в впдс вибраппи жестких механп'1«скч; систе«1 пз!и и "льса1шй дав>>ения и газоных и гпдравли'1сск!'." магистралях, то весьма важно знать, что является генератором колебаний. Рассматривая в этом аспекте дзига>ельную установку, состоящую из камеры и системы подачи, можно различить три случая.
1. Генератор колебаний находится в системе подачи. И!1 может быть, например, насос, имен>щий конечное число лопаток и создающий определенные пульсации расхода жидкости, или гидроредуктор, периодически изменяющий сопротивление потоку жидкости. Колебания в системе подачи могут генерироваться в результате течения н!идкостп в недостаточно жестко закрепленном трубопроводе и т.
д. Характерным для этого случая является то, что в камере двигателя создаются вынужденные колебания, а сама она работает как усилитель мощности. Обратное влияние камеры двигателя на си!стему подачи может быть несущественным. 2. Генератором колебания является сама камера двигателя. Даже прн идеальной подаче, когда топливо равномерно поступает к камере, в!нутрп нее может возникнуть контур, способный создавать колебания. Примером такого контура может служить газовая система, в которой распространяются сильныс волны <жатия и имеются капли жидкого топлива. Волны дробят капли, вызывая интенсивное пх выгоранис, что в свою очередь обеспечивает подвод энергии к волнам и поддерживает их существование.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
