Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 18
Текст из файла (страница 18)
24, а. Охладитель О поступает из охлаждающего тракта в полость между средним 2 и нижним 3 днищами головки, откуда через шнековые форсунки б поступает в камеру сгорания. Компонент Г через входную г 34 а) !О е) Рнс. 3. 24. Схемы головок ЖРГц а — пасс~сан с двойным днам; б — плоская со сверлениями; е — плоская с пересекающиьшся струяыи окислителя н горючего; а — сферическая; д — сферичесная с форкамерамн е — шат- ровая с цеатральным подводом окислителя, ! — верхнее днище 2 — среднее днище; б — нижнее днище; 4 — полос~ь охладнтеля.
б — коль. аевые кзллекторы; б — сверлення. à — запальник; 8 — полость Оь 9 — кольцевые полости Н; тб — кчапан т! — форкамеры !зубку 1О поступает в полость между вьрхним 1 н средним 2 днищами. в оттуда через шнековые форсунки б — в камеру сгорания. Форсупки крепятся развальцовкой. Головка соединяется с камерой сгорания с помощью соединительного кольца 4, а также непосредственно сваркой с внутренней оболочкой 7 камеры сгорания. На рис.
3. 26 и 5. 3 показаны внешний вид и разрез головки со сверлениями, выполненными по схеме рис. 3. 24, б. С ф е р и ч е с к и е г о л о в к и на!нли применение преимущестгеннс в двигателях больших тяг. Достоинство головок — в жесткости конструкции. 93 На рис. 3. 24,г и 3. 27 показаны схема и внешний вид сферической головки кислородно-водородного двигателя К1.-! О, На рис. 3.
24, д и 5,4 показаны схема и разрез сферической голов. ки кислородно-спиртового двигателя ракеты А-4. Рис. 3. 28. Форкамера головки двигателя: 7-трубка подвода окислителя; У вЂ центральн струйная форсунка; а †верхн ряд центробежных форсунок; С вЂ боков струййые форсунки; 5, б †комбинированн струйные и цен- тробежные форсуаки; 7 †внутренн оболочка форкамеры Ш а т р о в ы е г о л о в к и, по форме напоминающие шатер (см. рис 3. 24, е), находят применение в двигателях малых и средних тяг, а также в качестве форкамер. Преимуществами шатровой головки являются ббльшая, чем у плоской головки, поверхность для размещения форсунок н хорошие прочностные свойства. Недостатки головки — в сложности изготовления и неравномерности распределения топлива по сечению. При шатровой головке возможно образование «жгута» распыленного топлива.
На рнс. 3. 28 показана форкамера головки. Размещение и крепление форсунок на головке Размещение форсунок на головке должно способствовать выполнению основных требований, предъявляемых к смесеобразованию, при обеспечении надежности и технологичности конструкции, что в основном сводится к следующему. 1. Возможно более равномерное распределение по сечению камеры сгорания соотношения компонентов а и расходонапряженности 7. 2. Возможно меньшая склонность к возникновению неустойчнвогс горения.
3. Защита стенок камеры сгорания от прогара. 4. Защита головки камеры сгорания от воздействия высоких тепловых потоков, идуших от фронта пламени. 5. Удобство подвода компонентов. Исследования показали, что распределение соотношения и расхо. донапряженности компонентов, полученное непосредственно у головки, практически сохраняется вдоль всей камеры сгорания и сопла двигателя. В свою очередь неравномерность распределения а и г по сечению камеры влияет па удельную тягу двигателя Ру„ (см. З 3.
6). 8) Рис. 3. 29. Схемы расположения форсунок. а-шехнетнае; б — сотовое; в — концентричнае Х вЂ” форсунки горючею; о — фарстнкн окислителя: ° — форсуики горючега рдя создания аристеночнаго слоя Рассмотрим основные схемы размешения форсунок. В двигателях, работающих на однокомпонентных форсунках, для обеспечения хорошего смесеобразования необходимо равномерное чередование форсунок горючего и окислителя.
Поэтому можно выделить следующие основные схемы расположения форсунок горючего и окислителя на головке двигателя. Шахматное расположение, когда форсунки горючего и окислителя располагаются в шахматном порядке, чередуясь между собой (рис. 3. 29, а). Недостаток этого способа состоит в том, что число форсунок горючего получается примерно равным числу форсунок окислителя. Так как весовой расход окислителя обычно в 2 — 4 раза больше, чем горючего, то при таком расположении расход каждой форсунки окислителя значительно больше расхода форсунки горючего, что может ухудшить смесеобразование, так как мощная струя окислителя плохо смешивается с относительно слабой струей горючего, сбивая ее в.
сторону. С ото в ое расположение (рис. 3. 29, б), при котором каждая форсунка горючего окружена группой окислительных форсунок, позволяет иметь большее число форсунок окислителя, чем горючего. При этом разница в расходах форсунок окислителя и горючего меньше, чем при шахматном расположении, что обеспечивает лучшее распылнвание и смешивание компонентов топлива. Концентричное расположение, при котором пояса форсунок горючего и окислителя чередуются (рис. 3. 29, в). В некоторых конструкциях такой способ размещения упрощает подвод компонентов к форсункам.
Примером концентричного расположения форсунок может служить головка кислородно-водородного двигателя (см, рис. 3.24,г н 3.27). Здесь в концентричных поясах размещены группы форсунок, со сгоящне каждая из двух форсунок горючего (Не) и одной — окислителя (Оз). Двухкомпоиентные форсунки могут быть размещены по любой схеме; необходимо только учитывать возможность возникновения нейстойчивого горения, а также необходимость защиты головки от прогара. Для обеспечения условий, наименее способствующих возникновению неустойчивого горения, как одно-, так и двухкомпонентные форсункг. иногда размещают в порядке, представляющем собой различные комбинации приведенных выше схем расположения форсунок, а также стремятся несколько растянуть процесс горения по длине камеры сгорания.
В конце камеры желательно существование гетерогенной зоны, которая демпфирует, насколько это возможно, продольную высокочастот. кую неустойчивость горения [4]. Это достигается определенным чередованием форсунок с различными расходами и углами распыливания (т. е. зальнобойностью), Для защиты стенок камеры сгорания от прогара создается защитный пристеночный слой, переобогащенный горючим и имеющий вследс4вие этого более низкую температуру, чем ядро потока. Следует отметить, что пристеночный слой с большим избытком окислителя также аиел бы температуру ниже температуры ядра потока и, по-видимому, являлся бы вполне удовлетворительным защитным слоем, однако опасность возникновения местных очагов горения у стенки в окислительиой среде и прогара стенок вследствие окисления металла приводит к тому, 4то обычно создается пристеночный слой, обогащенный горючим.
Для этого на головке либо устанавливается специальный периферийный пояс форсунок горючего, как на рис. 3. 29, либо крайние форсунки окислителя ииеняются форсунками горючего. Периферийные форсунки горючего обычно делаются более дальнобойными и с меньшим расходом, чем основные форсунки. Шаг между периферийными («защитными») форсунками и их местоположение подбирается так, чтобы обеспечить равномерную толщину пристеночного слоя по периметру камеры. Местное увеличение толщины пристеночиого слоя приведет только к увеличению потерь тяги, не улучшая защиты стенок. В то же время не следует допускать чрезмерного утонения загантиого пристеночного слоя или пробоя его струями окислителя. При размещении форсунок необходимо также обеспечить и защиту самой головки от прогара, могущего явиться результатом большого теплоподвода от ядра пламени.
С этой точки зрения зоны распыливання и испарения являются зонами, защищающими головку от больших тепловых потоков, однако при большом расстоянии между форсунками когут оказаться участки поверхности головки, не защищенные в достаточной мере от воздействия обратных токов горячих продуктов сгорания, это может привести к прогару головки. Такая опасность возникает прп применении двухкомпонентных форсунок, у которых фронт пламени располагается ближе к головке.
При установке центробежных форсунок Обычно наименьшее расстояние между форсунками определяется размером самой форсунки, а также соображениями прочности головки, ослабляемой сверлениями под форсунки, и находится в пределах !2— 30 мм [27], На таких же расстояниях размещаются струйные форсунки. Расходы через однокомпонентную форсунку находятся в пределах 30 — 300 г/сек, а для периферийных форсунок могут быть меньше; расходы через двухкомпонентную форсунку могут доходить до 2,5 — 3 кг/сек. При охлаждаемых головках возможно значительное увеличение расхода через одну форсунку; так, испытания головок, охлаждаемых топливом, с расходом через одну форсунку порядка 20 кг/сек,дали удовлетворительные результаты [57].
4 908 97 Для защиты головки от прогара возможно применение различных термостойких покрытий [69). Топливо подводится к форсункам либо по специальным каналам (см. рис. 3. 24, б), либо путем образования в головке различных полостей горючего и окислителя (см. рис. 3. 24,а, в, г), обеспечивающих примерно одинаковый перепад давления на всех форсунках. Головки с подачей компонентов по каналам более сложны конструктивно и обычно более тяжелы, чем головки с раздельными полостями. В нижнюю полость обычно по конструктивным соображениям подают компонент, охлаждающий камеру сгорания. К реп ление форсунок. В случае выполнения форсунок в виде отдельных конструктивных узлов наиболее распространенным способом крепления является пайка; находят применение также резьбовое соединение и развальцовка.
Размещение на головке различных дополнительных устройств (запальника, устройства для продувки и т. д.) нежелательно, так как онн отнимают полезную площадь для размещения форсунок, нарушают равномерность распределения топлива по сечению; кроме того, место установкй этих устройств хуже защищено от тепловых потоков и поэтому возникает опасность прогара головки.
3. 6. ВЛ ИЯНИЕ ГОЛОВКИ НА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ И УДЕЛЬНУЮ ТЯГУ Исследование работы ЖРД показало, что качество процесса смесеобразования и удельная тяга зависят от конструкции головки, формы ее, расположения и типа форсунок. Расположение форсунок влияет также на условия горения и теплообмен в камере ЖРД. Рассмотрим некоторые расчетные схемы, позволяющие провести ко. личественную оценку влияния расположения форсунок на протекание процессов перемешивания компонентов и на параметры ЖРД [8). Качественная картина процесса смесеобразования в камере ЖРД После поступления в камеру сгорания окислитель и горючее перемешиваются как в жидком, так и в газообразном состоянии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
