Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 33
Текст из файла (страница 33)
работу [25]. р а ми. В полученной скрепленной оболочке гофры играют одновременно роль ребер, увеличивающих теплосъем, и скреплений, увеличивающих жесткость н прочность стенок камеры. При достаточно большой частоте гофров- возможно применить тонкую внутреннюю оболочку, что также улучшает теплообмен. Эквивалентный диаметр гг', для тракта с гофрами подсчитывается по формуле (4.
194) применительно к геометрии получившегося канала. Приближенно А для охлаждающего тракта с гофрами (рис. 4. 28) можср ь но определять по выражению 2а,й (4. 2ОО) ау амг+ й~гхл где а,р — расстояние между ребрами, ' °,:.,',';;,, ',г' по средней линии «живого с сечения», причем иЛохл ахг аг Рис. 4. 28. К определению г4з для Ь охлаждающего тракта с гофрами 1С2 — 1иу= 2 ггЛ тг йхг у оь иЛакл (4. 201) лгйоха аг где г,— число ребер гофров. Практически, с достаточной степенью точности можно считать а„к а„г Трубчатые камеры В последние годы широкое распространение получили так называемые трубчатые камеры, выполненные из набора спаянных между собой трубок (рис. 4. 29).
Трубки могут быть круглого, овального или г41 КПХ7 ЯБЗ овОо- ' * * 6 У Рис. 4. 29. Схема трубчатых камер: ! †прямоугольн трубны; 2 †труб с оребрением; г †кругл трубки 4 †двухрядн размежевав трубок; г †спиральн трубки; б †тра из О-образных профилей 7 †силов абечзйка или обмотка; 8 — Гнобразные профили; У вЂ мес пайки прямоугольного сечения и расположены как вдоль образуюшей камеры двигателя, так и по спирали. Трубчатые камеры со спиральной навивкой 169 (рис. 4.
30) распространения не получили, так как наряду со сложностью их изготовления гидравлическое сопротивление охлаждающего тракта такой камеры получается очень большим. Кроме того, при спиральной навивке труб трудно обеспечить гладкий контур внутренней поверхности вдоль продольной образующей камеры и сопла. Поэтому для трубчатых камер характерно продольное расположение трубок.
Рпс. 4 30. Камера двигателя из спирально навитык тру- бок Наиболее распространенная форма сечения трубок — прямоуголь. ная или трапециевидная со скругленными углами. Применяются как медные или алюминиевые трубки, так и трубки, выполненные из жаропрочных сплавов. Толщина трубок в зависимости от параметров работы ЖРД и материала лежит в пределах 0,3 — 1,0 леле. По периметру камеры сгорания обычно размещается 250 — 350 трубок. Для увеличения прочности трубчатой камеры по длине ее размещаются несколько силовых колец — бандажей, а на наиболее напряженных участках камеры поверх трубок часто надевается сплошная обечайка.
а-а б — о с-с ФПЮЗ ЯЯР ~~аа айна~ Рис. 4. 31. Изменение сечения трубок по длине образующей Для увеличения прочности оболочки камеры и сопла возможно также размещение трубок в два ряда; один над другим (см. рис. 4.29,а). Основным преимуществом трубчатых камер па сравнению с другими конструкциями охлаждающего тракта является выигрыш в весе. Кроме того, трубки выдерхсивают высокие давления в тракте и обеспечивают хороший теплосъем охладителем как благодаря малой толщине стенок, так н за счет эффекта оребрения.
170 трубок перемен- Трудность выполнения камер с продольным размещением состоит в том, что по длине образующей трубка должна иметь иое сечение (рис. 4.31). Особенно значительно изменяется профиль трубок для камер, имеющих сопло с большой степенью уширения. установка различного количества трубок по длине камеры двигателя вместо изменения профиля (рис. 4. 32) весьма затруднительна конструктивно и применяется сравнительно редко. Разновидностью трубчатых камер являются камеры, составленные из П-образных профилей (см. Рис.
4. 29, б), по которым проходит охлаждаю- .а.. Х.'у шая среда. Профили набираются по форме камеры, спаиваются вдоль образующей и снаружи перекрываются силовой обмоткой. Рнс. 4.32. Трубчатая камера с переменным числом трубок а) Рис. 4. 33. Схемы подвода олладителя: а, б — щелееей охлаждающий тракт; е, г — сребреники охлаждающий тракт, т — сафры; й — ребра Для обеспечения равномерности подачи охладителя на входе й охдаждающий тракт устанавливаются сборные коллекторы (рис.
4. 33). 171 Подвод охладителя к охлаждающему тракту Равномерность подачи охладителя по периметру охлаждающего тракта в есьма важна, так как иначе может возникнуть опасность прогара на участках, где расход охладителя будет меньше ном инального. В двигателе ракеты А-4 (см. рис. 5. 4) равномерность подачи охладителя обеспечивается подводом его к коллектору ~о шести равнорасположенным трубкам, что усложняло и утяжеляло конструкцию всей установки. Дальнейший опыт показал, что достаточно одной-двух подводящих трубок. Выбор места расположения и формы сечения коллектора определяется конструкторско-технологическими соображениями.
Входной коллектор обычно устанавливается в сопловой части двигателя. Так, на рис. 4. ЗЗ, а, б, г коллектор установлен непосредственно у среза сопла. Если условия охлаждения позволяют, то для уменьшения габаритных размеров поперечного сечения двигателя и веса конструкции коллектор смещается в сторону критической части. Из коллектора в тракт охладитель поступает либо через щель (рис. 4.33,а),либо через отверстия, выполненные в наружной оболочке (рис.
4.33,б). В трактах с продольными ребрами или гофрами расположение и размеры отверстий должны обеспечить поступление охладителя во все каналы тракта (рис. 4. ЗЗ, в, г). В трубчатых камерах часто целесообразно располагать входной коллектор прямо около головки камеры (см. рис. 5. 3). При этом охлади- тель из коллектора поступает в каждую вторую трубку, проходит по ней до конца охлаждаемой части сопла н, возвращаясь обратно по рядом расположенной трубке, поступает непосредственно в головку. Такой способ разводки охладителя часто называют «двухходовым» или «в два хода».
При такой разводке охладителя несколько увеличиваются гидравлические потери в охлаждающем тракте, но зато отпадает необходимость в развитом сечении коллектора в сопловой части и уменьшается длина магистральных трубопроводов подачи охлаждающего компонента, что приводит к снижению веса. При расположении трубок, показанном на рис. 4. 32, движение охладителя по трубкам через одну используется только на входной части сопла. В наиболее же теплонапряженном, критическом, сечении охлади- тель двигается по всем трубкам в направлении к головке камеры. Такая разводка иногда называется «полутораходовой». При размещении трубок в два ряда (см.
рис. 4.29,4), очевидно, удобно использовать второй ряд трубок для обратного движения охладителя, так что во внутреннем ряду трубок компонент движется по всем трубкам в одном направлении. 4. 11. РАСЧЕТ ТЕПЛООТДАЧИ В ОРЕБРЕННОМ ОХЛАЖДА1ОЩЕМ ТРАКТЕ Коэффициент оребреиия При наличии продольных ребер, гофров или припаянных проставок теплоотдача от стенки камеры двигателя к охлаждающей жидкости растет за счет эффекта оребрения поверхности. Такое изменение тепло- отдачи удобно учитывать введением понятий коэффициента эффективности оребрения Чр и эффективного коэффициента теплоотдачи с учетом оребрения а,р, связанных зависимостью (4. 202) а.
р — — Чра.. Зная чр и а„р для заданного оребренного охлаждающего тракта, дальнейшие расчеты охлаждения проводим как для обычной гладкой поверхности, используя коэффициент а р вместо а . Найдем выражения для определения коэффициента эффективного оребреиня Ч 175). Расчетную схему представим в виде плоской стенки с ребрами (рис.
4. 34). Допустим также следующее: коэффициент тепло- отдачи а постоянен по всему периметру охлаждающего тракта; темпе- 172 ратура охладителя Т по сечению тракта одинакова; температура стенки у основания ребер Т „постоянна и равна температуре ребра у оснопавия; теплопроводность оребренной стенки Л не зависит от температуры и равна какому-то среднему значению. Каждое ребро будем рассматривать как стержень конечной длины (.=д,„а; теплоотдачей с торцов пренебрегаем. Тогда, поскольку температура у основания стержня равна Т.
„, распределение темйературьг по высоте ребра и тепловой поток через основание ребра Я будут опре. деляться выражениями [84): сп (т (Пота —.)) т ="о сп лг гох1 О,= — Лала~, Гй т.П.„,, Здесь о Тисст Тм т = Тр — Т., Тр — температура поверхности ребра, переменная по длине его; х — расстояние от основания ребра; Л вЂ” теплопроводность матерна. ла оребренной стенки; а Ь Рис. 4. 34. Расчетная схема дли оиределения Чр и а 1 и Ц вЂ” площадь и периметр поперечного сечения ребра. В охлаждающих трактах ЖРД толщина ребра Ь значительно иевьше его протяженности й Поэтому 11 24+ 26 2 1.р Ь откуда Количество тепла Я, отдаваемое жидкости от оребренной стенки иа участке, равном шагу оребрения (а+Ь), определяет~я выражением О=а„а((Г,„— Т„)+ЛЫт(Ти„— Т )Йт о,„,= =а„У(Т „— Т ) а+ — (гт —.о,„а где а — пролет между ребрами.
Так как площадь поверхности газовой стенки Р„„= (а+Ь)г, )цельный тепловой поток да, отнесенный к этой площади, будет . тГ2а„п лоха ,./ л о т" т.ст (4. 203) гтз Обозначив (4. 204) (4. 205) выражение (4. 203) можем переписать в виде г)в == а„Чр (Т „— Т„), (4. 206) (О, 1Д '1,0 где г) =- " +"'" у(:.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
