Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Так как подсчитанный по формуле (3.64), приближения: А 4 1,6 3,61. в 0,033! 2 0,9+ — -4(4 — 1,6) 2 1вх = 1 Щ х =- 1,5 1,8 = 2,7 мм; (с = 0 5нс = 0 5'3 2 = 1 э6 Мм; высота форсунки й=/7„=4 мм; радиус камеры закрутки )тв=)свх+гвх=4+0,9=49 мл. 3. 4. ЙВУХКОМПОНЕНТНЫЕ ФОРСУНКИ Схемы двухкомпонентных форсунок. Преимущества и недостатки Наряду с однокомпонентными форсунками применяются также и двухкомпонентные центробежные форсунки, основные схемы которых Значение А!' отличается от А, на бв/э, что находится в допустимых пределах. Поэтому считаем определенные во втором приближении значения г„)7„и г„окончательными.
Определим остальные размеры форсунка: представлены на рис. 3. 22. Различают два вида двухкомпонентных форсунок: А — с в н у т р е н н и м с м е ш е н и е м (эмульсионные). Б — с внешним смешением. В двухкомпонентных форсунках с внутренним смешением перемешивание компонентов происходит в форсунке еще до поступления их в камеру сгорания. Внутри форсунки оба компонента образуют эмульсиоиную смесь, которая и поступает в камеру сгорания, поэтому эти форсунки часто называют ам ул ьс ионны ми.
Такие форсунки часто целесообразно применять при подаче несамовоспламеняющихся компо- а) г) Рнс. 3. 22. Схемы двухкомпонентных форсунок: Л вЂ” с енутренним смешением (эмульсионныеи Б — с ниешним смешением: н, е, д — закрытые форс>нки; е, е-открьпые форсунки; б — иолуоткрытан Форсунка: ш — Шслееа» форсунка нентов, так как при самовоспламеняющихся компонентах реакция сгорания может начаться раньше, чем эмульсия компонентов выйдет из форсунки, что приведет к разрушению форсункн и камеры сгорания. В двухкомпонентных форсуиках с внешним смешением перемешнваиие компонентов происходит по выходе нз форсунки. Таким образом, можно считать, что двухкомпонентная форсунка с внешним смешением по существу представляет собой конструктивный блок двух однокомпонеитиых форсунок, обеспечивающий перемешнвание компонентов в заданном соотношении непосредственно у головки двигателя.
Двухкомпонентные форсунки не обязательно являются сочетанием двух центробежных форсунок. Возможны различные конструктивные сочетания из центробежной, струйной и щелевой — форсунок. На рнс. 3.22.уса показана схема двухкомпонентной форсунки с внешним смешением, в которой соединены центробежная и щелевая форсунки. Применение двухкомпонентных форсунок позволяет улучшить смесеобразование, так как обеспечивается основное смешение компонентов еще в жидкой фазе, что приводит к более быстрому протеканию всего процесса сгорания, а значит позволяет уменьшить необходимый объем камеры сгорания. Пропускная способность головки с двухкомпонентными форсунками выше, чем с однокомпонентными центробежными форсуиками. 89 Недостатками двухкомпонентных форсунок являются, во-первых, нх большая конструктивная сложность и, во-вторых, более жесткие термические условия работы головки.
Так как при применении двухкомпонентных форсунок укорачиваются зоны распыливания и испарения, фронт пламени приближается к головке и интенсивность тепловых по. токов от фронта пламени к головке возрастает. Рассмотрим порядок расчета двухкомпонентных форсунок. Расчет эмульсионных форсунок Расчетная схема показана на рис. 3. 23, а. Обозначим г,; г„; нг,; гн,; уо', уг,' Оф о, 'бф г соответственно число входных отверстий, скорости входа, плотности н расходы через форсунку окислителя и горючего. Для общности считаем, что отверстия подачи горючего наклонены под углом а) Рнс. 3. 23.
К расчету двухкомнонентных форсунок: а — с внутренним смешением; б — с внешним смешением; à — амульсия; у — отверстие для входа горючего; д — внутренняя Форсунка; 4 †внешн Форсунка ДОПУСТИМ, ЧТО Ггвх утих г=Лвх о И ЧТО СрабаТЫВЗЕМЫЕ Псрсиадм давления при подаче горючего и окислителя равны; действием сил трения пренебрегаем.
Тогда можно записать (3. 69) где р,,=р,г — давление окислителя и горючего в смесительной полости форсунки. Из равенства (3. 69) следует, что при Рв.о=Р . пгг = )г лгтсг„ (3. 70) тле щ= — . у. Уг (3. 71) расход топлива через форсунку /1+ох . а 1+о где т, — тангенциальная составляющая скорости перемешанного по- тока в смесительной полости. та Д,„=тсг„г, (3. 74) где ш — тангенцнальная составляющая скорости эмульсии на выходе яз сопла. Из равенства (3. 73) с учетом выражений (3. 70) и (3. 72) получаем а+ тГт соа 3 т о 1+а (3. 75) и из формул (3. 74) и (3. 75) определяем 1+а г " о + тгга саа р гга„ (3. 76) Определим плотность топлива у, образовавшегося при смешении в форсунке горючего и окислителя.
Так как ~ф,з Оф.о Оф.г — =- —.+— Уа Уа Уг (3. 77) тс с учетом выражений (3. 7!) и (3. 72) то (1 + а) Уа= о+т (3. 78) Определим окружную скорость эмульсии в сопле форсунки га„. Аналогично уравнению (3. 39) с учетом зависимости (3. 72) уравнение расхода через форсунку 1+о Офс таааягауа (олг„уатао (3. 79) где еа — осевая составляющая скорости эмульсии в сопле. Тогда, сопоставляя выражения (3. 75), (3.
78) и (3. 79), получим (о+ тгт сага) а Ртгс г, (1+ а) (о -1- т) 1г г (3. 80) Обозначив (а+тг гггсазг)а )~ггс (1+ о) (а+ т) гг„ (3. 81) получим го г (3. 82) где А,„— геометрическая характеристика эмульсионной форсунки. Уравнения (3. 82) и (3. 45) аналогичны. 91 На основании закона сохранения момента количества движения можем записать: Оф зта,)с',„= Оф „та„)7,„соз 8+ бф,са„й„, (3. 73) Проделав преобразования, аналогичные преобразованиям для одно- компонентной форсунки, мы можем убедиться, что зависимости 1! и 2а от А,„такие же, как и для однокомпонентной форсунки (см.
рис. 3. 18). Следовательно, зная топливо (т. е. ~ и т) и задавшись радиусом входных отверстий окислителя г, и числом их !',, можем дальнейший расчет двухкомпонентной эмульсионной форсунки проводить в том же поряд. ке, что и расчет однокомпонентных форсунок, используя при этом геометрическую характеристику эмульсионной форсунки А,,„вместо геометрической характеристики А. Расчет двухкомпонентных форсунок с внешним смешением Расчет двухкомпонентных форсунок с внешним смешением (рис. 3. 23, б) в основном сводится к расчету внутренней и наружной форсунок, рассматриваемых как самостоятельные однокомпонентные ! форсунки.
При этом радиус вихря наружной форсунки г должен быть !! больше наружного радиуса корпуса сопла внутренней форсунки г„, т. е. !-! !! ! !! „>г „. В случае когда г <г„, у наружной форсунки часть живого сечения будет загромождена корпусом внутренней форсунки. Радиус вихря наружной форсунки г легко определить, зная геометрическую характеристику форсунки, так как формулы (3. 29) и (3. 54) дают нам связь между А, коэффициентом живого сечения !р и отношением г /г,. Решая совместно уравнения (3.
29) и (3. 54), находим для идеальной жидкости связь между г /г, и А. Угол распыливания наружной форсунки 2а! Может быть и меньше угла распылнвания внутренней форсунки 2ан (как показано на рис. 3. 23, б), и больше. В первом случае пересечение факелов распыливания обеспечивает лучшее перемешивание. При 2а! >2ап обеспечивается лучшая зашита головки от прогара (при этом часто в наружную форсунку подают горючее). Заканчивая рассмотрение различных типов форсунок (струйных, центробежных, одно- и двухкомпонентных и т. д.), необходимо отметить, что важной стадией разработки форсунок являются их гидравлические испытания, которые обычно проводятся на воде.
Эти испытания позволяют прокорректировать расчетные коэффициенты расхода и углы распыливания, а также получить необходимые данные по смешению и распределению компонента по сечению камеры. 3. З ГОЛОВКИ КАМЕР ЖРЛ Головка камеры двигателя является главным узлом, обеспечивающим правильную организацию смесеобразования в камере сгорания.
Конструкция головки должна обеспечить устойчивое горение в камере, а также способствовать плавному выходу двигателя на режим и уменьшению импульса последействия (см. ~ 5. 5). При проектировании головки должно быть осуществлено необходимое размещение и надежное крепление форсунок, наиболее удобный подвод компонентов к форсункам и технологичесйи возможно более простое соединение головки с камерой сгорания. Типы головок ЖРД Основные типы головок — плоские, шатровые и сферические. П л ос кп е головки (рис. 3. 24,а, б, в) являются наиболее распространенным типом. Преимущество плоских головок — в простоте конструкцию кроме того, плоские головки позволяют достаточно хорошо обеспечить однородность поля скоростей и концентраций топлива по поперечному сеченн!а камеры сгорания.
Недостатком плоских головок является относительно небольшая прочность и малая жесткость. Поэтому в плоских головках крупногабаритных двигателей необходимо предусматривать подкрепляющие элементы, обеспечивающие требуемую прочность и жесткость головки. На рис. 3. 25 показана плоская головка, работающая по схеме рнс. 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
