Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 14
Текст из файла (страница 14)
С ростом температуры величина перепада Л рф, при котором может произойти отрыв потока от стенок, пони>ааетс; г) давление в камере рз (противодавление). Уменьшение противо- давления до 5 — 6 кГ|см' (0,49 — 0,58 Мн7м') может привести к отрыву струи от стенок, а следовательно, и уменьшению значения д) качество поверхности отверстия. Различные заусенцы на кромках и большая шероховатость стенок отверстия могут привести к значительному снижению рс Заранее точно учесть влияние всех этих факторов невозможно, поэтому при отработке конструкции всегда проводятся гидравлические проливки для уточнения параметров форсунок. Диаметр отверстий форсунок для жидкости >2, обычно выполняется в пределах 0,8 — 2,5 мм.
При диаметре сверления меньше 0,8 лья отверстия легко засоряются. При >(,~~2,5 >ям распыливание компонента ухудшается, так как струя компонента получается слишком мошной и плохо распадается на капли. Струйные форсунки для генераторного газа При работе двигательной установки по замкнутой схеме (см.
гл. УП1) часть топлива сгорает в газогенераторе. Образующиеся продукты сгорания используются для привода турбины ТНА и затем поступают в камеру сгорания при высокой температуре (800 — 1000'С). Для подачи этих газов в камеру целесообразно использовать струйные форсуики (см. рис. 3. 9, д). Исходным для расчета этих форсунок будет уравнение расхода П,=Г'~У,у...; (3. 13) здесь р=0,7 —:0,85; 󄄄— плотность продуктов сгорания при давлении на выходе из сопла р,„„.=р;, (3. 14) где р„и у,„давление и плотность газа перед форсункой. Так как перепад давления на форсунке >э„— р„,„по сравнению с давлением в камере рь равным нескольким десяткам атмосфер, невелик, истечение газа через форсунку будет докритическим со скоростью истечения (3. 15) где >г и Т„газовая постоянная и температура газа перед форсункой.
Подставив выражения (3. 14), (3. 15) в равенство (3.!3), получим расчетное выра>кение для определения ),: 73 Форсунки с пересекающимися струями Как мы отмечали выше, применение форсунок с пересекающимися струями увеличивает угол распыливания и улучшает дробление капель, а) Огпралгалт в) Рис. 3.!2. Блоки форсуиок с пересекающимися струями: а — пересечение струй одного кочпонентв; б — пересвченне несколькнх сгруй двух компонентов; в — форсункп с «рвзбрызгнвзтелем>; Π— акнглптель; à — горючее что приводит к увеличению эффективности работы камеры.
В США такие форсунки явились первыми, которые были успешно применены в ЖРД с азотнокислотным топливом. Различные варианты схем форсунок с пересекающиа мися струями представлены на рис. 3. 12. ос о в1 Можно выделить три основных вида форсунок с песку ресекающимися струями: а) форсунки, обеспечи- Г вающие попарное пересечение струй одного компонента (рис. 3. 12, а). б) форсунки, обеспечирис з гз к расчету углов иак оиа стенок вающие пересечение струй обо(или отверстий) в блоках форсунок их компонентов (рис. 3, 12, б).
При этом в зависимости от соотношения расходов горючего и окислителя (и) на одну форсунку горючего может приходиться одна, две, три и даже четыре форсунки пода- чи окислителя. При пересечении двух и более струй окислителя с одной струей горючего для лучшего распыливания рекомендуется, чтобы скорость истечения гор1очего на 50 — 607о превышала скорости истечения окислителя; в) форсунки со смесительиым экраном (отражатель) (рис. 3. 12, в). В этих форсунках лучшее дробление обеспечивается за счет соударения струи и стенки.
При пересечении двух струй угол наклона результирующей струи можно определить, исходя из следующих соображений (рис. 3. 13). Обозначим а„а, и ах соответственно углы наклона струй окислителя, горючего и образовавшейся после соударения струи топлива; т„т„и тх и гп„гэ„и гпх соответственно массовые расходы и скорости окислителя, горючего и топлива.
Если принять, что количество движения струй до и после их соударения остается постоянным, то проекции на горизонтальную и вертикальную оси можно описать следующими уравнениями: (3. 17) Л1„П „СОЗ а„+ т,тв, СОЗ ао = татаа СОЗ аг( пг,те, з!и а, — т„ти„з!и а„= татаа з1п ах. (3. 18) Разделив уравнение (3. 18) на уравнение (3. 17), получаем уравнение )тла наклона результирующей струи топлива т,т, сцп а„— т„т„п1п а„ 1п ах— т„т„соз а„+ т,то соз ао (3. 19) Так как часто пересечение струй обеспечивается соответствующим расположением поверхностей стенок, к которым оси отверстий перпендикулярны, то, очевидно, тогда углы а, и а„ определяют наклон стенок. В большинстве случаев желательно подобрать углы наклона стенок, расходы компонентов и скорости (т. е.
Л рф) так, чтобы направление результирующей струи совпадало с осевым направлением, т. е. аа =О. Тогда (3. 20) точно 3!и а, = т„тп„з!и а, С,ш, з!па,— б„г,. з!пап. (3. 21) Следует отметить, что изготовление с необходимой степенью точности большого числа форсунок с пересекающимися струями является не менее сложной задачей, чем изготовление и монтаж отдельных центрооежных форсунок. Пример расчета струйных форсунок 6Е„= 43,5 г/сок; Арф„= б кГ/смг (0,59 Мн/мг); у„= 0,8 г/смз, 04 =73 г/сок; арф = 7 кГ/смг (0,58 Мк/мг); у =. 1,5 г/смз. о о Решен не.
Считая 1/с=з, принимаем для обеих форсунок коэффициент расхода и=об. Определяем размеры форсунок. По формуле (3. 1!): аь„43,5 10 Ус, 1,77 1Π— х смг; о )г28арф„у, 0 8)у 2 981 6 0,8 10 3 73 10 — 3 'о — 2 01 ° 10 — х смг О.пуз по .пп Определить размеры струйных форсунок и утол наклона форсунок окислителя а, при а„=30', ах =0; Считая коэффициент скорости равным коэффициенту расхода р, определяем действительные скорости истечения: ау)фг . " 6' 104 слгс и ~/ 2н " = 0,8 ~ г 2.9,81 — = 30,6 лг)сек; тг ' 800 шо = 0 8 2.9,81 ' . = 24,2 лг)гек. 7 104 1500 Гак как а х =О, то а, определим по уравнению (3.
21): О„ы „ 43,5 30,6 слпа == " " Мпаг= Мпзо'=0377, Оошо 73 24 2 откуда угол наклона форсунки окислителя а,=22'1О'. 3 3. ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ФОРСУНКИ Ц е н т р о б е ж н о й называется форсунка, в которой искусственно создается закрутка подаваемой через нее струи жидкости. После выхода жидкости из сопла под действием центробежных сил образуется тонкая конусообразная пелена компонента, которая быстро распадается на капли (см.
рис, 3. 3, б). Поэтому эпюра расходонапряженности центробежной форсунки имеет два пика (см. Рпс. 3. 3, г). а) 2сх=бО'-; 720 Рис. 3.14. Схемы центробежных форсунок: о — гангеню альная закрытая; б — гангенцяальная открытая; а-с зааихригелем )шнекоаая), ! — вход жидкости; х — зааиьригель )шнек); а — вихревая камера Центробежные форсунки имеют широкий и сравнительно короткий конус распыла. Распыл центробежных форсунок более тонкий, чем у струйных. Все это приводит к уменьшению зон распыливания и испарения.
Однако недостатком центробежных форсунок является их ббльшая конструктивная сложность и меньшая пропускная способность по сравнению со струйными форсунками. По способу получения закрутки потока компонента центробежные форсунки разделяются на тангенциальные (рис. 3. 14,а, б и3.15,а,бгв) и форсунки с завихрителем (или шнековые) (рис.
3. 14, в и 3. ! 5, д) . В центробежной тангенциальной форсунке жидкость входит в полость форсунки через одно или несколько входных отверстий, оси кото рых перпендикулярны оси форсунки, но не пересекаются с ней Иногда отверстия выполняют под острым углом к оси форсунки, В результате жидкость получает закрутку относительно осн форсунки. кнх Рис. 3. ПЬ центробегкные форсунки. а, б, в — хангенцнаньные; г, д— шнековые; Х вЂ” корпус, у — шнек; г — сонно Различают о т к р ы т ы е и з а к р ы т ы е тангенциальные центробежные форсунки. У закрытых тангенциальных форсунок (см. рнс.
3. 14, а) радиус сопла гс меньше радиуса вихревой камеры 1х. У открытых форсунок радиус сопла равен радиусу вихревой камеры (см. рис. 3. 14, б). В форсунке с завихрителем (см. рис. 3. 14, в) закрутка создается с помощью специального завихрителя (шнека), который имеет винтовую нарезку на наружной поверхности. Двигаясь по винтовой нарезкс, жхщкость приобретает закрутку относительно оси форсунки.
Рассмотрим работу центробежной форсунки 111 Работа форсунки В центробежной тангенциальной форсунке (рис. 3.16) жидкость поступает в полость форсунки через входное отверстие, имеющее радиус г„, со скоростью в„. Это отверстие расположено так, что ось его касательна к окружности радиуса )х„с центром, расположенным на оси сопла форсунки. Благодаря такому входу жидкость проходит через по- 77 лость в сопло форсунки, вращаясь. Рассмотрим струйку жидкости, которая, двигаясь по форсунке, попала в сопло на расстояние г от ее осн.
Если пренебречь действием сил трения, то момент количества движения любой жидкой частицы относительно оси форсунки должен сохранить постоянное значение на всем пути от входа в форсунку до выхода из сопла ее, т. е. (3. 22) где щ„— окружная скорость движения частицы жидкости в сопле на расстоянии г от оси сопла. Так как можно считать, что в среднем для всех струек (с небольшой ошибкой за счет изменения величины г,х) момент количества двн- Я-Я 22Рф Рвх Ре Рнс. 3. 16.
движение жндкосчн в центробежной форсунке: ! — жидкость; 2 — тававнй вивт; 2 — «живое» сечеиие жения жидкости, полученный ею во входном отверстии, один и тот же, то скорость в„зависит от радиуса г, на который попадает эта струйка в сопле: таи (3. 23) Пренебрегая ничтожной разностью уровней расположения входного и соплового отверстий, давление в струйке жидкости можно определить по уравнению Бернулли: 2 2 2 Рвх хива Р нха хии — их+ — = — + — + —" = СОпз(, у 2х; у 22 2н (3. 24) где р,х — давление жидкости во входном отверстии; ю,„— скорость входа жидкости в форсунку; и,— тангенциальная составляющая скорости жидкости на выходе из форсунки; ти,— осевая составляющая скорости жидкости на выходе из форсунки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
