Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 39
Текст из файла (страница 39)
9 6. 8), а также трубчатая камера двигателя Кг.-2 (рис. 5. 2 и 5. 3). Трубчатая камера двигателя На рис. 5.3 показана трубчатая камера двигателя КХ-2, работающего на топливе жидкий кислород+керосин. Тяга двигателя на земле 62 Т ( =620 кн), удельная тяга 245 кГ сек/кг (24 . 109 и .сек/кг); отнощеане /,//,р— - 1,8, т.
е. камера сгорания скоростная; степень уширения мпла равна 8; давление в камере сгорания 38 ага (3,73 и/ме). 197 Рис. б. 3. Трубчатая камера двигателя: 1 — карлаиная подвеска; 2-подвод жидкого Ои 8 — штуцер для замера давления 4 — фланец; 5 †голов; 6 †входн коллектор керосина; 7 — уплогнительное кольцо; 8 — пироэапальник; У вЂ «абелю 10 †каме сгорания, 11 †ме крепления рычага для управления вектором тяги; 12-критическое сечение; 18 — бандажные кольца; И-сливной штуцер; 15 — спрямляюшая решетка; 16 — крышка головки; 17 — подвод пускового горючего; !8 — фланец; 15 — вход горючего; 26 — трубки; 21 — силовое кольцо в критическом сечении; 22 — фланец для крепления экрана; 25 — выходное сечение сопла; 26 — коллектор горючего; 25 — корпус головки.
25 — подвод кис. лорода; 21 — вопвод пускового горючего; 28 — подвод горючего 198 Оболочка камеры выполнена из 312 спаянных никелевых трубок. Для повышения прочности набор трубок стягивается бандажными кольцами 78, которые на участке камеры сгорания образуют сплошную обечайку. Керосин, охлаждающий стенки камеры, подается во входной коллектор 6 и через отверстия 19 поступает в трубки. Охлаждение производятся в «два хода». Охладитель по трубке проходит в сопловой коллектор 24 и возвращается обратно по соседней трубке, после чего поступает в форсуночное днище головки 8. Жидкий кислород поступает в головку через угловой патрубок 2.
Из головки кислород и керосин поступают в камеру сгорания, где смесь воспламеняется от пиротехнического запальника 8, который в свою очередь поджигается электрической искрой. Шарообразные камеры сгорания Преимуществом шарообразных и близких к ним грушевидных камер сгорания является меньшая поверхность камеры ври заданном объеме, что снижает ее вес и облегчает охлаждение. Кроме того, прочностные свойства шаровой камеры выше цилиндрической. Главным недостатком шарообразных камер является сложность технологии их изготовления.
Кроме того, в шарообразной камере остается сравнительно мало места для размещения форсунок, ввиду чего иногда в головке камеры приходится делать форкамеры, что еще больше усложняет технологию изготовления. Указанные достоинства и недостатки шарообразных камер обусловливают их преимущественное применение в ЖРД больших тяг, где размеры камер сгорания достаточно велики, в связи с чем становится ощутимым выигрыш в весе камеры. Примером шарообразной камеры является камера двигателя ракеты А-4, работающего на кислороде и 75'/з-ном этиловом спирте (рнс.
5. 4). Тяга двигателя 25 Т (245 кн). Конические камеры сгорания У конических камер сгорания (см. рис. 5.1,е) по существу вся каяера является входной частью соила. Они имеют пониженное Рта по сравнению с другими типами камер и вследствие этого не применяются, представляя только исторический интерес. Основной причиной снижения Ртд являются большие скорости продуктов сгорания в камере. Вследствие этого превращение тепловой энер~ии в работу расширения является менее ~полным, т. е.
имеют место большие потери на тепловое сопротивление. Кроме того, в конических камерах зона распыливания и испарения занимает значительную часть ее полного объема; зона сгорания при этом уменьшается, что приводит к худшему сгоранию или требует увеличения полного объема камеры. Кольцевые камеры сгорания Применение кольцевых камер сгорания в ЖРД вызвано использованием сопел с центральным телом и тарельчатых. Схемы кольцевых камер сгорания ~прямоугольного и круглого сечения представлены на рнс. 5.
1, д, е и 5. 5. Кольцевые камеры круглого сечения целесообразно применять при разгоне газа в сопле с центральным телом до больших чисел М. При зтом, в связи с необходимостью большого поворота ~потока угол ~р на. клона поверхности критической скорости уменьшается, так что применение камеры прямоугольного сечения привело бы к увеличению габаритного размера камеры 1)„, 199 Рис.
5. 4. Камера двигателя ракеты А-4: 1 — верхняя полость; 2 — главный клапан горючего; 3 — нижняя полость горючего; 1 — Фоп. камера; б — упор для передачи силы тяги иа раму; б — патрубок подвода горючего: 7— коллектор; а — нижний пояс внутреннего охлагкдения; 9 — внутренняя оболочка «амеры; 1Π— внешняя оболочка камеры; 11, 12 — пояса внутреннего охлаждения, 13 — дополнительный пане внутреннего охлаждения; И вЂ верхн пояс внутреннего охлаждения По сравнению с остальными типами кольцевые камеры сгорания имеют ряд недостатков.
Поверхность их значительно больше, что приводит к увеличению веса и затрудняет охлаждение камеры. Кольцевая камера сгорания сложна в изготовлении, а для обеспечения ее жесткости необходимы либо специальные Рк наружные ребра жесткости, либо лк охлаждаемые стойки, связывающие Рк наружный контур камеры с внутренним. Предполагаемыми достоинствами кольцевой камеры сгорания могут явиться возможность регулирования вектора тяги и уменьшение вероятности возникновения вибрационного горения при разбивке камеры Мэ =Рта ~о окружности на ряд отдельных 1 секций. ! На рнс.
2. 26 и 2. 32 привелены схемы двигателей с кольцевой камерой сгорания и центральным телом. Рис. 5. 5. К выбору формы иольцевоб камеры сгорания Мл лМл 5 2, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ Объемом камеры сгорания У, принято считать объем камеры ло критического сечения. Для определения необходимого объема 1'„ используют один из следующих параметров. 1. Условное время, пребывания топлива продуктов сгорания в камере гу.л 2.
Приведенная (или характеристическая) длина камеры сгорания лнр. 3. Литровая тяга Р„. Рассмотрим определение объема камеры сгорания по каждому из утих параметров. Определение объема камеры сгорания по условному времени пребывания Условное время пребывания топлива и продуктов сгорания в камере определяется выражением (3. 3) ~к т усл оа Подставив значение оя по уравнению состояния, получим 1 кРу т сл ОЙ,Т, ' (5. 5) откуда получаем расчетное выражение туслС саТу К Р2 (5. 6) Для камеры с постоянной площадью Г„в отношение О/рв практически постоянно.
Рассматривая уравнение (5. 5) и пренебрегая влиянием хавления на КуТа. мы видим, что для данного топлива в ~первом приближении (без учета влияния ру на процессы превращения) величина ту,к ие зависит от давления ру (или от расхода топлива). Значение т,„зависит от вида применяемого топлива и качества смесеобразования. Для 201 различных топлив необходимая величина т, определяется экспериментально и находится в пределах Определение объема камеры сгорания по приведенной длине Приведенной (или характеристической) длиной камеры сгорания называется величина 1пр — — — ', кр откуда расчетная формула имеет вид к = 1пр Укр (5.
7) (5. В) или 1 к 10 1прУкр Значения 1 р зависят от вида применяемого топлива и определяются экспериментально. Для различных топлив величина 1пр находится в пределах от 1000 до 5000 мм. В табл. 5. 1 даны значения 1пр для некоторых топлив (4), (32). Таблица 5.1 Значения 1п для некоторых топлив Жрд мм 1пр мм Топливо Топливо 1000 — 1300 1250 †16 1500 500 — 1000 Азотная кислота + анилин Ааотная кислота + керосин Ааотная кислота + НЛМГ Кислород +.водород 1000 — 1500 1300 — 2500 Кислород + керосин Кислород + этиловый спирт Нитрометан (однокомпонентный) Фтор+ аммиак 5000 1000 — ! 500 Нетрудно ~показать, что приведенная длина 1, и условное время пребывания тт,л являются пропорциональными параметрами.
Действительно, согласно уравнению (1. 9) йс ккт, а кр Рп '1п Рэ Подставляя это значение 1„р в формулу (5. 7), получим 1' крэдп Сопоставив уравнения (5.9) и (5.5), получим (5. 9) 1п,= „,А„~/К;т,. (5. 10) 202 тт, =0,0015-+-0,005 рек. При больших давлениях значения т, находятся ближе к нижнему пределу. При выборе т,„необходимо также учитывать схему двигательной установки.
В двигательных установках с замкнутой схемой часть топлива (или все топливо при схеме «Газ+Гавр) распыливается и частично сгорает в газогенераторе еще до поступления в камеру сгорания, а в камере происходит дожигание топлива. Поэтому для двигателей установок с замкнутой схемой надо брать т, в 1,3 — 1,8 раза меньше, чем для двигателей открытых схем. Для данного топлива произведение А )ГР,Т, можно считать постоянным, следовательно (5. 11) Определение объема камеры сгорания по литровой тяге Иногда объем камеры определяют исходя из значения л и т р о в о й тя ги Р„, т.е.
тяги ЖРД, отнесенной к одному литру объема камеры сгорания: Р = — нГ(л (или н(л), (5. 12) откуда Ь'„= —. Л Литровая тяга Р не отражает основной фактор, определяющий полноту сгорания — время, имеющееся на протекание процесса сгорания. Значения Р„зависят от давления в камере и для выполненных ЖРД изменяются в широких пределах от 100 до 10000 кГ(л (=1 — 100 кн(л). Анализируя рассмотренные выше параметры для определения объема камеры сгорания — тт,, 1щ, и Ра, можно сделать следующие выводы. Ни один из параметров не отражает влияния формы камеры а конструкции головки на $'„хотя такое влияние несомненно имеется.
Использование в качестве параметра для определения Р„ литровой тяги возможно только в том случае, если известны рекомендуемые значения Ра при заданном давлении в камере. Наиболее целесообразно для определения $'„использовать условное время пребывания или приве- ценную длину. Следует отметить также, что увеличение давления и улучшение организации процессов смесеобразования и сгорания приводят к уменьшению необходимого времени пребывания в камере сгорания, т. е. к уменьшению необходимых тт,„или 1 р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
