Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Режимы, близкие к режиму гидроопрессовки, когда перепад давлений пр наибольший, могут возникать н при работе двигателя в момент запуска, когда давление в камере сгоравия еще не поднялось и стенка еще холодная, а в охлаждающем тракте уже создано высокое давление. При очень часто расположенных скреплениях расчет на местные прогибы теряет смысл, так как в этом случае невозможен настолько большой прогиб внутренней оболочки, который привел бы к нарушению режима охлаждения. Толщина внутренней оболочки в этом случае невелика и поэтому влияние ее на общие прочностные свойства камеры незначительно.
Основную нагрузку несет наружная оболочка и поэтому в первом приближении прочностные свойства оболочки камеры двигателя можно оценивать исходя из расчета только ее наружной оболочки. Прн этом она рассчитывается обычными методами как тонкостенная оболочка с учетом изменения прочностных свойств материала прп повышенных температурах, которые могут доходить до 300 — 400 С.
Затем рассчитывается на прочность головка, крепления головки и опор к камере сгорания, скрепления и т, д. Если форсунки крепятся пайкой, то днище рассчитывается как двустенная система со скреплениями (форсунками). Если же форсунки завальцованы, то целью расчета является определение условий, приводящих к нарушению герметичности крепления форсунок. Подробно методика прочностных расчетов ЖРД рассмотрена в работах [111), [104),[1031 З.Т. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ Поскольку ЖРД является двигателем летательного аппарата, он должен обеспечивать возможно ббльшую для заданного топлива удельную тягу при возможно меньшей массе самого двигателя. Для удовлетворительно спроектированного двигателя потери удельной тяги на расчетном режиме работы составляют 3 — 5в~о, что соответствует коэффициенту удельной тяги ~р=0,95 — 0,97.
Удельный вес (отношение массы установки к тяге) двигательной установки одноразового действия без баков составляет величину порядка 7 — 10 кг~Т. Для двигательных установок малых тяг, а также для установок, в которых предусмотрено выполнение специальных требований (многократность запуска и остановки, глубокое регулирование 219 и т. д.), удельный вес превышает указанные пределы и может доходить до 30 — 50 кг7Т. Для двигательных установок больших тяг величина удельного веса приближается к нижнему пределу (7 — 10 кг(Т) (24]. Удельный вес камеры двигателя составляет примерно одну треть от удельного веса установки без баков.
Высокие значения коэффициента удельной тяги при малом удельном весе достигаются путем рационального проектирования всех элементов камеры двигателя. При этом часто приходится решать задачу одновременного удовлетворения трудносовместимых требований. Так, например, профилированное сопло с наименьшими потерями может не обеспечить требований по массе и не укладываться в допускаемые габариты установки; применение камеры сферической формы, имеющей наименьшие поверхность охлаждения и массу, может вызвать неоправданные технологические трудности и т. д.
Универсальных рекомендаций при решении подобных задач дать невозможно. В каждом частном случае приходится находить оптимальное решение в зависимости от поставленных конкретных условий по удельной тяге, габаритам, массе, надежности установки и т. д. Приведем некоторые дополнительные соображения, касающиеся выбора материалов, а также проектирования отдельных элементов двигателя. Выбор материала. Материал камеры двигателя должен быть по возможности более прочным, легким и обладать хорошими ~пластическими свойствами. Для материала внутренней оболочки желательно сочетание высокой теплопроводности и удовлетворительных прочностных свойств при высоких температурах, однако, как правило, жаропрочные сплавы имеют плохую теплопроводность. Для внешней оболочки теплопроводность большого значения не имеет и поэтому здесь главным требованием к материалу является его высокая прочность и возможно мень. шая плотность.
В некоторых случаях, при высокотеплопроводных скреплениях, температура наружной оболочки может достигать 300 — 400'С и тогда материал должен обладать достаточно хорошей жаропрочностью. Кроме того, в зависимости от типа конструкции и применяемых компонентов, материал должен удовлетворять условиям свариваемости, кислотостойкости и не являться катализатором. Применение насадок к соплу. В современных двигателях большой высотности иногда применяются насадки сопловой части. Такие насадки увеличивают степень уширения сопла, что соответственно повышает удельную тягу. Так, например, в двигателе Ад!0-104 применение насадка увеличивает степень уширения с 20 до 40. При этом удобство насадка заключается в том, что земные испытания и доводка дви.
|ателя производятся без него. Насадки обычно изготавливаются из жаропрочных сплавов на основе титана или ниобия и не имеют специальной системы регенеративного охлаждения. Для охлаждения насадков часто используется аблятивное либо радиационное охлаждение. Основные трудности при применении насадков состоят, во-первых, в их малой жесткости. Для обеспечения достаточной жесткости на наружной поверхности выполняют специальные ребра жесткости. Имеются предложения по использованию для насадков очень тонкостенных скрепленных оболочек, одно из сечений которых показано на рис.
4. 26, д. Эквивалентная толщина этих материалов (называемых иногда «космическими» материалами) составляет 0,4 — 0,5 мм [331. Определенные трудности при использовании насадков связаны со стыковкой насадка с основной камерой, а также с необходимостью тщательной организации пристеночного слоя во избежание образования у стенок насадка высокотемпературных «языков» продуктов сгорания, резко нарушающих условия его охлаждения.
220 Однокамерные и многокамерные двигательные установки. При одной и той же тяге однокамерный двигатель большей тяги требует большего времени на доводку, чем многокамерная связка двигателей. При этом также повышается вероятность возниквовения высокочастотных колебаний. Кроме того, связка двигателей имеет меньшие габаритные размеры по высоте и лучше заполняет объем двигательного отсека. Масса связки сопоставима с массой однокамер.
ного двигателя. Однако увеличение числа камер приводит к увеличению количества различных агрегатов, обеспечивающих работу двигателя, что снижает надежность установки. При применении двигательных установок замкнутой схемы (см. гл. И11) увеличение числа камер может сильно затрудвить подачу высокотемпературных продуктов сгорания из турбины ТНА в камеру сгорания. Глава ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ Двигательная установка состоит из камеры двигателя и системы подачи. В свою очередь систему подачи можно разделить на три основные части. !. Агрегат для создания давления подачи компонента. 2.
Система агрегатов и трубопроводов, обеспечивающих запуск, остановку и работу двигателя. В общем случае такая система будет гидро-, пиро-, пневмоэлектросистемой. В каждом частном случае в системе может отсутствовать пневматическая, электрическая или пиротехническая часть. 3. Баки. (При турбонасосной системе подачи баки часто на схеме двигательной установки не показывают, хотя и они являются составной частью двигательной установки). 6. Е СИСТЕМЫ ПОДАЧИ В зависимости от назначения к ЖРД ~предъявляются различные требования по величине тяги, прбдолжительности и условиям работы.
Это приводит к большому разнообразию применяемых способов подачи компонентов и схем двигательной установки в целом. В настоящее время можно привести несколько десятков типов двигательных установок, отличающихся схемой, топливом, способом его подачи, конструкцией основных агрегатов (камера, сопло, ТНА) и т. д. Одним из важных элементов, характеризующих двигательную установку в целом, является система подачи. По типу агрегата, создающего давление подачи, различают тур. бон а с ос кую и вы тесн и тель н у ю системы подачи.
Наиболее распространенными в ЖРД яляются турбонасосные системы, обеспечивающие подачу компонентов в широком диапазоне давлений и расходов. Элементарная схема турбонасосной системы подачи представлена на рис. 6.1. Компоненты из баков 1 поступают к насосам 4 и подаются в камеру сгорания 5. Главным элементом системы подачи является турбонасосный агрегат (ТНА), с помощью которого создается необходимое давление подачи компонентов и обеспечивается заданный расход. В зависимости от дальнейшего использования рабочего тела, вышедшего из турбины ТНА, двигательные установки с ТНА разделяют на работающие ао о т к р ы т о й и по з а м к н у т о й схеме. В установках, работающих по открытой схеме, рабочее тело из ТНА через выхлопные патрубки б выбрасывается в атмосферу. При замкнутой схеме (иногда такие схемы называют также закрытыми или схемами с дожиганием) отработавшее в турбине рабочее тело поступает в камеру сгорания (дожигания), где дожигается и используется для создания тяги (см.
гл. Ъ'1П). В последнее время исследуется возможность применения газоструйных насосов для подачи компонентов в ЖРД [131. Меньше распространены вытеснительные системы, в которых компоненты вытесняются из баков с помощью а к к у м у л я т о р а д а влепии я. Рис. б, 1. Элементарная схема установки с ТНА: Г-баян; 2 — газогенератор; г турбина: 4 — насосы: б — камера двигателя; б †выхлопн патртбок Вытеснительные системы подачи разделяют по типу аккумулятора давления на газобаллонные и системы с пороховым (ПАД) или жидкостным (ЖАД) аккумулятором давления (см, ф 9. 6). Элементарные схемы вытеснительных систем приведены на рис.
9. 2, 9.23 и 9. 29. Основное преимущество турбонасосных систем состоит в том, что топливные баки не находятся под давлением подачи компонентов. Это позволяет выполнить топливные баки большого объема при сравнительно небольшой массе. Недостаток турбонасосных систем состоит в относительной сложности ТНА. и 01 е „00 4 50 а га сь 10 ~~ 0 000 1000 2000 5000 10000 40000 722га Ю «Г Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
