Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Если часть форсунок находится на границе участков, то число форсунок 2, или !'„ может быть и дробным, так как в этом случае на выделенный участок от данной форсунки попадает только часть компонента. о + о + о + о + + о + о + с с, + о + о + о + о Рнс. 3. 38. К решению примера; ° — фОРСУИКИ Зиисои Гк; . — фОРСУИКИ ГОР ОЧСГО Г; Π— фОРСУИ~ГГГ окислителя Ог Таблица 3.2 Значенна <1г (т) 9.
э 9- ф (тр,2) '~ (трн) ф (тк!) ! (ггкл) 100 — 0,383 0,63! 0,983 0,866 0,383 — 0,383 — 0,383 0,383 0,383 0,920 О, 999 0,987 0,866 0,383 0,383 0,866 0 0,080 0,274 0,681 0,68! 0,681 0,954 0,954 0,766 0,289 0,0!б 0,121 0,483 0,766 0,766 0,483 1 0,920 0,726 0,319 0,3!9 0,3!9 0,046 0,046 >: н о. 9- 9 9- е=- с 7,66 2,6 0,116 1,26 13,8 8,03 3,16 0,733 Соотношение компонентов т и расходонапряженность г определяются по формулам: гоОо У= ~о ггОг (3. 101) (3. 102) Ах Аз 0,+ + Ое+ 0 Фо, О+ а) Рис 3 39 К опрсделеншо иестныт т геометрическим иетодои Для примера рассмотрим участки О~ОгОз04 (рис.
3. 39, а) и О~ОгОоОгОоОо (рис. 3. 39, б). На участок 0~0оОо04 каждая из форсунок окислителя подает только Чо часть расхода, а па участок 0~0аОоОоОоОо — Уо часть расхода. Для указанных участков число форсунок окислителя 4 соответственно будет равно ПчХ4= ! и уоХ6=2 Число форсунок ~орючего г',= 1 для обоих участков.
Аналогично подсчитывается соотношение компонентов н пристеночнои слое (си. рис. 3. 39, б). Для участка А~Ат 20„ =. 2; г — ' о~ — о0 г 1 ! 2 1 1 го=- —,, + + + ==2; 3 ' 3 3 3 ' 3 Для участка АтАз 1 2 1 1 2 1 8 8!30о 3 3 3 3 ) 3 3 о 30г В данном методе никак не учитывается влияние форсунок, находящихся за пределами участка, хотя, как указывалось выше (см. рис. 3.35), такое влияние имеется и наиболее существенно сказывается на соотношении компонентов в пристеночнам слое. Поэтому геометрический метод расчета распределения компонентов дает менее надежные результаты, и для расчета соотношения компонентов у стенки вообще непригоден. Влияние неравномерности т и г по сечению камеры на удельную тягу и комплекс () Итак, установлено, что в любом из сечений камеры соотношения компонентов о и расходонапряженности г распределяются неравномерно. Иными словами, на некоторых участках сечения значения т и г отличаются от расчетных средних.
Отклонение на каком-либо участке сечения значений и от среднего (чаще всего оптимального) приводит к тому, что на этих участках действительные температуры сгорания и состав продуктов сгорания также получаются отличными от расчетных. 110 ~~ гаОо -1- ~'„(гОг г=л г тч где 6, и 6г — расходы через одну форсунку окислителя или горючего соответственно; тот„— площадь участка. Если предположить, что среднее значение соотношения компонентов по всей камере было выбрано оптимальным, т.
е. соответствующим наибольшему значению Рты то удельная тяга на участках, где значения ч отличаются от оптимальных в ту или другую сторону, будет меньшей а удельная тяга камеры сгорания в целом, очевидно, также уменьшится. Разбив сечение камеры на участки и определив тем или иным способом значения расходов, соотношения компонентов и расходонапряжеиности для каждого из участков сечения, находим удельную тягу двигателя и расчетное значение комплекса ~р как среднюю величину удельной тяги и комплекса р, отдельных струй различного состава: ~1'улФ~ Р„=' У" а (3.103) (3.104) где Р .— удельная тяга прн действительном соотношении компонентов ьм на 1-и участке; О, — расход топлива через г'-и участок; б †полн расход топлива; р,. — значение комплекса з, соответствующее составу компонентов, проходящих через 1-й участок, Глава ОХЛАЖДЕНИЕ ЖРД 4.1. ТЕПЛООБМЕН В ЖРЙ Организация охлаждения камер является одним из важнейших вопросов проектирования ЖРД и по сравнению с другими типами тепловых машин значительно усложняется особенностями процесса теплообмена в ЖРД.
Первая особенность состоит в том, что процесс в камере ЖРД протекает при высоких температурах (3000 — 4000' К) и давлениях (до 100 ага и более). Так как продукты сгорания движутся по камере двигателя с очень большой скоростью, резко возрастают коэффициент конвективной теплоотдачи от горячих продуктов сгорания к стенкам камеры двигателя и конвективные тепловые потоки д„доходящ>1е в критическом сечении сопла до 20 —:60 10з клал)м'и (23,3-:-69,7 10з вт1лР).
Второй особенностью теплообмена в ЖРД является высокий уровень радиации в камере сгорания, что приводит к большим лучистым тепловым потокам дэ. Как известно, лучеиспускательная способность газов пропорциональна абсолютной температуре в степени 3 — 3,5, поэтому при указанных температурах в камере сгорания и сопле ЖРД возникают большие тепловые потоки от лучеиспускания в,, которые для обычных топлив достигают 20 — 400(> общего теплопотока в стенки камеры сгорания. По мере снижения температуры газа в сопле относительная доля лучистого теплового потока снижается.
Третья особенность теплообмена состоит в том, что вследствие мощных суммарных конвективных и лучистых тепловых потоков в стенку камеры температура ее может достигать недопустимо высоких величин. Поэтому в ЖРД следует применять материалы, обладающие жаропрочностью н возможно большей теплопроводность>о, что, однако, вы. полнить весьма затруднительно, так как жаропрочные материалы, как правило, имеют сравнительно малую теплопроводность. Четвертая особенность теплообмена вытекает из условий применения ЖРД как двигательной установки летательного аппарата (ракета, спутник, самолет).
Поэтому использовать для охлаждения двигателя специальную жидкость нерационально. Обычно ЖРД охлаждают каким-либо из компонентов топлива, пропуская его до подачи в камеру сгорания ЖРД через полость охлаждения. Такой принцип охлаждения усложняет конструкцию камеры и вызывает дополнительные требования к топливным компонентам, так как количество компонента, пропускаемого через охлаждающий тракт, ограничено его расходом.
112 Теплообмен в ЖРД при наружном охлаждении Для понимания процессов теплообмена в ЖРД рассмотрим основ- ные факторы, влияющие на эффективность охлаждения, применительно к наиболее распространенному способу — наружному охлаждению. Типичная схема протекания процесса теплообмена в ЖРД при наружном охлаждении представлена на рис.
4. 1. Здесь Т, — температура продуктов сгорания, Т„„— температура стенки камеры со стороны горячих газов («газовая» стенка), Т „— температура стенки камеры со стороны охладите,пя («жндкостная» стенка), Т ах«ее температура охладителя. Тепло путем конвекцни и лучеиспускания передается от горячих продуктов сгорания 1 3 стенке камеры сгорания 3. Таким образом, можно сказать, что суммарный удельный тепловов поток от горячих газов в стенки камеры двигателя да складывается из двух удельных тепловых потоков: конвективного дк и лучистого д„т. е. Рпс.
4. 1. Схема процесса теплооомеца в камере ЖРЛ где д, =а„(Т,— Т, „). (4. 2) Благодаря теплопроводности тепло передается через стенку камеры и далее путем конвекции — охладителю 2, проходящему в полости охлаждения. В начальный момент работы двигателя, когда стенки камеры и сопла еше холодные, часть теплового потока идет на разогрев стенок каме- 113 Кроме указанных главных особенностей, характерных для ЖРД в целом, на организацию процесса охлаждения влияют также род топлива, тип и назначение двигателя и его конструкция.
Так, применение низкокипящей пары компонентов (например, кислород+водород) приводит к тому, что камера охлаждается в основном не жидкостью, а газом, откуда возникают дополнительные требования х конструкции двигателя. Применение сопел с центральным телом резко усложняет задачу обеспечения охлаждения ЖРД в связи с увеличением поверхности камеры сгорания и, особенно, периметра критического сечения, в котором тепловые потоки наибольшие. Ряд специфических задач организации охлаждения ЖРД возникает при использовании разных видов топлив, при применении различных конструкций камер, охлаждающих трактов, при использовании различных видов охлаждения ЖРД.
Г1одробнее на этих задачах мы остановимся ниже в соответствующнх разделах. Температура стенок камеры ЖРД может поддерживаться в допустимых пределах с помощью одного из следующих способов: 1. Наружное (или регенеративное) охлаждение. 2. Внутреннее охлаждение. 3. Смешанное охлаждение. 4. Радиационное охлаждение. 5. Абляционное охлаждение. б. Защита внутренних стенок с помощью термостойких покрытий. 7. Зашита стенок от прогара путем аккумуляции тепла. ры двигателя. Такой режим охлаждения ЖРД, при котором температура стенки и тепловой поток в охлаждающую жидкость изменяются с течением времени, называют нестационарным режимом о х л а >к д е н и я. С течением времени устанавливается равновесие, при котором охлаждением снимается весь тепловой поток, поступающий от горячих продуктов сгорания в стенку камеры двигателя. С этого момента остаются постоянными (на данном режиме работы двигателя) температуры газовой и жидкостной стенок камеры двигателя и тепловой поток через стенку.
Такой режим называется с т а ц и о н а р н ы м р е ж и м о и о х л а ж д е н и я. В дальнейшем мы будем рассматривать только стационарные режимы охлаждения. Зависимость Т„„от скорости движения охладителя Скорость движения охлаждающей жидкости ра влияет на величину коэффициента теплоотдачи от стенки к ней а, причем с увеличением этой скорости а также увеличивается. При одних и тех же удельном тепловом потоке дв и температуре жидкости Тж температура стенки со стороны жидкости Т . „определяется вь:ражением (4. 3) Чв= в,(Тж.ст — Тх,) Тя ст Тж. ст а) Рис. 4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
