Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 24
Текст из файла (страница 24)
буется подавать такое количество компонента-охладителя, что часть его останется несгоревшей и потери тяги будут сравнительно высокими (см. 5 3. 6). Поэтому наиболее целесообразно используемое в подавляющем большинстве ЖРД сочетание внутреннего и наружного охлаждения— смешанное охлаждение. Смешанное охлаждение позволяет при расходе на внутреннее охлаждение 1 — Зогго от общего расхода топлива организовать надежную Рис. 4. 8.
Примеры схем смешанного охлаждения: а — внутреннее охлаждение с помощью периферийных фарсуноя, б — внутреннее окчвж- дение с помощью поясов охгаждения; 1 — охвслитель; 2 — присгеначиый стой; 3 — горючее; 4 — пояса ахлвждеии» защиту стенок камеры от прогара при сравнительно малых потерях тяги.
При этом используется организация внутреннего охлаждения как с помощью периферийных форсунок, так и путем установки поясов охлаж. денна. На рис. 4. 8, а приведена схема охлаждения двигателя КУ-2, на рис. 4. 8, б — двигателя ракеты А-4. В первом случае пристеночный слой образован путем соответствующего расположения форсунок, во втором — установлены четыре пояса охлаждения. 122 Возможны и другие комбинации всех описанных выше способов наружного и внутреннего охлаждения. Радиационное охлаждение В двигателях, имеющих большие значения рз/рм в сопле происходит сильное уменьшение плотности и температуры продуктов сгорания, что в свою очередь приводит к значительному уменьшению конвективных и лучистых тепловых потоков.
При этом охлаждение стенки можно обеспечить за счет отвода тепла от степки излучением в окружающую среду (или пустоту). Такое охлаждение называется радиационным. При радиационном охлаждении температура стенки Т„может стать много выше термодинамической температуры потока продуктов сгорания. С ростом Т„ возрастают лучистые тепловые потоки от стенки как за счет роста Т„, так и за счет увеличения степени черноты стенки е„. В результате сильно возросшего излучения стенки в окружающую среду (или пустоту) и будет происходить интенсивное охлаждение стенки. Кроме того, излучение от стенки к продуктам сгорания может стать выше излучения продуктов сгорания и направление д, будет уже от стенки к газам, что также приведет к некоторому охлаждению стенки.
При радиационном охлаждении вследствие равновесия между подводом и отводом от стенки тепла устанавливается определенная р а в н овес ная температура оте н ки Т„р. Если значения Т„э не превышают допустимых для данного материала, то возможно чисто радиационное охлаждение стенки. При значениях Т„,г, больших, чем допустимые, необходима дополнительная защита стенок с помощью внутреннего охлаждения или термостойких покрытий (подробно о радиационном охлаждении см.
5 4. 13). Абляционное охлаждение Абляцией называют процессы испарения (или сублимации), плавления, сгорания и разрушения поверхностного слоя тела, сопровождающиеся уносом вещества потоком газа большой скорости. В ЖРД большое распространение получило а б л я ц и о н н о е охл а ж д е н и е, при котором защита стенок от прогара осуществляется путем нанесения на внутреннюю поверхность аблирующих покрытий. Так как при абляционном охлаждении происходит унос массы защитного покрытия, иногда такое охлаждение называют также о хл а ж' де н и е м п у те м у н о с а м а с с ы.
Абляционное охлаждение весьма эффективно и широко применяется для защиты от прогара камер двигателей верхних ступеней и насадков сопел. Однако при длительной работе ЖРД вес теплозащитного материала получается довольно значительным, что является серьезным недостатком этого способа. Вторым недостатком абляционного охлаждения является изменение формы камеры и сопла вследствие уноса массы, а иногда и вследствие отслаивания и выкрашивания материала. Другие способы защиты стенок камеры двигателя от прогара Весьма эффективным способом защиты стенок камер ЖРД от прогара может явиться нанесение на огневую сторону т е р м о с т о й к и х покрытий.
Еще К. Э. Циолковский предлагал обкладывать внутренние стенки камеры двигателя графитом, вольфрамом или другими жароупорными материалами. На рис. 4. 9 показана камера сгорания ОРМ-9, разработанная в 1930 г., на которой проводилась отработка керамической теплоизоляции 123 на основе окисей циркония и магния. В сопловой части камеры была сделана медная вставка для аккумуляции тепла. Основной недостаток керамических покрытий состоит в том, что при воздействии на них высокотемпературного потока керамика растрескивается. Для камер ЖРД длительного действия (порядка нескольких минут) весьма возможно сочетание тонкослойных термостойких покрытий (0,1 — 0,4 им) и проточного наружного охлаждения — к о м б и н и р ов а н н о е о х л а ж д е н и е.
При комбинированном охлаждении можно обойтись без внутреннего охлаждения и связанных с ним потерь тяги, однако трудно удовлетворить жесткие требования к покрытию, предьявляемые условиями работы ЖРД. Покрытие должно обладать высо- Рис. 4.9. Камера сгорания двигателя ОРМ-9. т †керамическ пакрмтие; у †медн вставка для аккумуляции тепла кой температурой плавления, стойкостью к тепловым ударам, низкой теплопроводностью, а также коэффициентом линейного расширения, близким к коэффициенту линейного расширения основного материала, хорошей адгезией к материалу камеры и удовлетворительными антикоррозионнь1ми свойствами. В табл.
4.1 приведены теплофизические свойства некоторых тугоплавких материалов. Комбинированное охлаждение часто создается в существующих ЖРД самопроизвольно, благодаря осаждению сажи на внутренней стенке камеры; замечено, что при этом охлаждение камеры двигателя улучшается. Защиту стенок камеры от прогара в течение определенного времени можно также обеспечить, применяя материалы с высокой теплопроводностью.
В этом случае тепло, поступающее в стенки камеры, благодаря хорошей их теплопроводности быстро распространяется по всей массе материала, поглощается за счет теплоемкости и таким образом как бы аккумулируется в стенках камеры. Поэтому такой способ называется зашито й с помощью а к к у му л я ци и теп л а. Использование аккумуляции тепла целесообразно при таких условиях работы двигателя, когда за кратковременной работой следует продолжитеАный период охлаждения.
Для обеспечения работоспособности неохлаждаемой камеры двигателя в течение длительного времени (60 — 100 сек) часто используется сочетание термостойких покрытий с аккумулирующими тепломатериалами. На рис. 4. 10 приведен пример конструкции стенки сопловой части неохлаждаемой камеры двигателя. Внутренняя (огневая) стенка 1 выполнена из тонкого слоя вольфрама, выдерживающего высокие температуры (до 2700 — 3300'К), и выполняет только функцию термостойкого защитного покрытия.
Графи- 124 ! о С,(М с» С» ! С» о ы» со ! .»» д 7 С» .О о й о сс О„ М й.ь ос во ой ы и~ с, »- о о. с» со с» О с'» о с» х о с» Б о ой о с- о й ы й о й хо в о о с» Ь ! С» Я с'с о с» С» ., О» г- «» ОС С» С. Р» Р ы -н о сс «» с» С» С» О С» с» с» СЧ СО С'4 С'4 с» СЬ сс ~с» Й С» с~ о СЧ лх охх о о »» о с» о о ы о. о. х в » о о., «о х о л о й й »' л о в й о й с» С й » а о.
й с ы о о о. о. о. »»» с» й й й о х й О о » л о о 125 й о й й й о. й х йх х й йй й ' о о,, хх йл й ыл сс й ой й о. ОО ы й й й х о. Ой ы » й й й в о й ы сй ! о ! ~ со С» с» С» С» о С'4 «О с'» о ~ ~ ~ о ~ 'о ~ ~ В С» о С» «» С» С» ) СΠ— СО О О »О Г» со «О О О ОС СО С» С С' С» О со с' \О О О «»С СО» о О С~ »4 Ы с»» Л,: товый слой 3 является основным аккумулирующим слоем.
Промежуточ. ный карбидный слой 2 служит для предотвращения диффузии углерода в вольфрамовую оболочку и не допускает скопления газа между термостойкой стенкой и теплопоглощающим слоем. Керамический слой 4 н пластмассовый слой 5 являются теплоизолирующими слоями для защиты основного металлического каркаса б, несущего силовую нагрузку. Снаружи стенка имеет еще обмотку из пластмассовых нитей 7. Для неохлаждаемых участков камерця илп сопла исследуется также возможность применения пористых материалов с наполнителем из легкоплавких материалов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
