Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 38
Текст из файла (страница 38)
На рис. 4. 48 показаны типичные графики изменения давления и температуры охладителя, а также площади сечения тракта (высоты канала б„) по длине тракта, при охлаждении трубчатой камеры водородом. Теплообмен в соплах с центральным телом Одной из основных трудностей использования сопел с центральным телом в ЖРД является сложность организации охлаждения такого сопла.
Эти сложности обусловлены в первую очередь тем, что в отличие от обычных ЖРД с соплом Лаваля критическое сечение и камера сгорания двигателей с соплом с центральным телом имеет кольцевую форму. Вследствие такой формы периметр критического сечения и камеры сгорания резко увеличивается. Элемеатарные расчеты показывают, что у сопла с центральным телом периметр критического сечения (места наиболее интенсивного теплообмена) увеличивается в 5 — 1О раз. Кроме того, на одной из сторон критического сечения обычно имеется острая кромка, обеспечение охлаждения которой само по себе является сложной задачей.
Поверхность кольцевой камеры сгорания также значительно больше поверхности камеры обычной формы, что приводит к увеличению общего количества тепла, отдаваемого на участке камеры сгорания. !92 Большой периметр критического сечения кольцевой формы весьма аатрудняет создание надежного пристеночного слоя для внутреннего охлаждения. Площадь, занимаемая пристеночным слоем в критическом сечении, растет пропорционально периметру сечения и это приводит к его загромождению. Особенно сильное загромождение происходит при больших диаметрах центрального тела, когда кольцевое критическое сечение напоминает узкую щель.
При этом в сечении вообще не остается места для размещения надежного защитного пристеночного слоя. Охлаждение двигателей с соплом с центральным телом дополнительно затруднено еще и тем, что такие двигатели имеют два самостоятельных охлаждающих тракта (см. рис. 2. 21) — по контуру центрального тела и по наружному контуру.
В зависимости от типа сопла один кз этих трактов обеспечивает охлаждение камеры до критической части„ второй — охлаждение и камеры, и закритической части сопла. Такое наличие двух охлаждающих трактов сильно усложняет подвод и дальнейшую «разводку» охладителя по тракту. Расчет охлаждения сопел с центральным тело.н Расчет охлаждения сопел с центральным телом можно производить а том же порядке, что и для обычных сопел. Отметим только некоторые асобенности использования полученных выше расчетных формул для определения дн. При расчете охлаждения круглых сопел в качестве характерного размера нами был выбран диаметр критического сечения О„р, что в данном случае невозможно, так как критическое сечение кольцевое.
Однако мы можем выбрать в каче- врфекто()ныб стае характерного какой-либо другой размер сопла срронт племени с центральным телом, например, обычно задавае- о' кую величину малого диаметра торовой или кольцевой камеры Н (рис. 4.49). Тогда в выражениях для расчета гт безразмерные длина участка х и диаметр центрального тела 6 будут равны: — х — га х=- —; Т1=— д (4. 241) Так как для сопла с центральным телом обычные газодинамические соотношения, определяющие 8 н р!оае как 1(В), неприменимы, формула (4.
146) также неприменима и расчет зт надо вести по формуле (4. 141) (при постоянной Т„„). Рнс. 4. 49. К расчету охлаждения сопла с центральным телом х зт= с — а а ') ~~а= О ' ох, йеа» С д — ~ а агсгРка ',) яса а 7 908 !93 где 8=— ~чмх Ы вЂ” скорость «ядра» потока около стенки камеры, т. е. скорость потока вдоль волны разрежения, попадающей в данную точку контура; о — давление около контура в данной точке; о' и ах в определяются по уравнениям (4.!27) и (4.129). ~ВОТ ГО Лра, Безо = иэфоогоб 3' Юнтао Формула для определения д„получается из формулы (4. 160), после подстановки значений рю и га из выражений (4.155) и (4. 161) и учета влияния числа Рг по формуле (4.172), в виде, аналогичном равенству (4. 173): (4.
242) Выражение для Кеса (4.!59) получим, заменив П,р новым характерным размером Н: =450 108 Ч,= а2 2 тат )' й.Тэеао где р — статическое давление около контура в данной точке. (4. 243) Глава КАМЕРЫ ЖРД 5. |. ФОРМЫ И ПРИМЕРЪ| ВЫПОЛНЕННЫХ КАМЕР ЖРД Камера двигателя является главным агрегатом ракетной двигательной установки. Известны следующие основные формы камер сгорания ЖРД (рис.
5. 1). о) . д) г) Рис. 5.!. Формы камер сгорания: о — цилиндрическая; б — полгсеплозое сопло; в — шарообразная; г— коническая; д, в — нпльцеиме 1. Цилиндрическая. 2. Шарообразная (нли грушевидная). 3. Коническая. 4. Кольцевая. Рассмотрим особенности каждой из этих форм. Цилиндрические камеры сгорания. Средняя и относительная расходонапряжеиность В настоящее время наиболее распространены цилиндрические камеры сгорания. Они применяются для камер двигателей всех тяг. Их основное преимущество — простота изготовления. Простая форма облегчает применение легких скрепленных стенок с частыми связями и трубок. ЖРД с отъемными сопловой частью и головкой обычно имеют цилиндрическую камеру сгорания.
Применение цилиндрических камер в многокамерных двигательных установках облегчает компоновку связки двигателей. Недостаток цилиндрических камер — худшие прочностные свойства и большая поверхность охлаждения по сравнению с шарообразными камерами. Для характеристики цилиндрических камер сгорания удобно использовать понятие р асходоиапряжен ности. Средняя по сечению расходонапряженность камеры сго- рания г= — кг/сек см', б Ук (5.
1) где /„— площадь поперечного сечения камеры сгорания. Выразим расход 6 через комплекс р (1. 9) УКр~~ тогда г = — 10 р г/сен.см', з ЛФ (5. 2) !96 где рг — давление в камере сгорания в кГ/см'. Так как для данного топлива величина 6 имеет примерно постоянное значение, то величина расходонапряженности прямо пропорциональна давлению в камере, т. е. г г! рм (5. 3) г где гр — — — — является расходонапряженностью, отнесенной к давлению в камере, и называется относительной расходон а п р я ж е н н о с т ь ю. Часто величина гр используется вместо г для оценки расходонапряженности.
В соответствии с уравнением (5.2) г = — Р 10г г/к/' сек. У.р (5. 4) Таким образом г„ зависит только от рода топлива и отношения /„.//рр и для данного сигнала она постоянна независимо от давления в камере. Так как для применяемых топлив р= 170-:-240 кГ сек/кг, то цри /н//ар=2 †: 6 в соответствии с равенством (5. 4) значения относительной расходонапряженности находятся в пределах 1 — 2 г/кГ сек.
При меньших значениях /„//„р величина гр соответственно больше. Различают изобарические и скоростные камеры сгорания. Камеры сгорания с приблизительно постоянным по длине давлением иногда называются из об ар и чески ми камерам и. К ним следует относить камеры, у которых /„//„р)3. Отношение / // р называют обычно безразмерной площадью камеры сгорания. Если значение /,//,р<З, то при сгорании в камере скорость потока значительно возрастает по ее длине, в то время как давление, согласно уравнению закона сохранения энергии, падает. Такие камеры сгорания (с /„//„р<З) уже нельзя относить к изобарическим; их называют скор о отны м и.
В пределе /„//„.р — — 1 камеры двигателя носят название пол у теплов ого со ил а (рис. 5. 1, б). Скоростные камеры сгорания при малых отношениях р'/р, имеют несколько ббльшие потери в связи с потерями на тепловое сопротивление 111. Однако, так как при больших р,*/р, эти потери невелики, часто целесообразно использовать более компактные, скоростные камеры (110). Диаметр цилиндрической части камеры сгорания определяют зада.
ааясь либо отношением /.„/Оп, которое принимают равным 1 — 1,5, либо величиной расходонапряженности г или г„(или, что одно и то же, величиной /п//ир) . Принимаемые значения относительной расходонапряженности гр — — 1 —;2, что соответствует значениям /,//,р=2 —:6.
В заключение заметим, что иногда диаметр камеры сгорания опреде. ляется диаметром головки, необходимым для размещения форсунок. Рис. З.2. двигатели с цилиндрической камерой сгорании: а — Орм-бб 41955 г.); б — Рдло7 ))954 — )957 гг ); 7 — внутренняя оболочка камеры 7 — корпус; а — вкладыш, 4 — штуцер подачи окпслнтеля, 5 — форсунка окнслнтеля; б — головка; 7 — форсунка горючего; б — нить накаливания; 9— воспламеняющий состав; 79 — важнгательная шашка При возникновении высокочастотных колебаний в камере сгорания работу двигателя иногда можно стабилизировать, изменяя принятое отношение / н//7, в большую или меньшую сторону. Примерами ЖРД с цилиндрической камерой сгорания могут служать камеры двигателей ОРМ-65, подробно описанного в работе (251, РД-107 и РД-! 19 (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
