Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Потеря давления в форсунках Лрв известна из расчета форсунок (см. гл. 1!1). Рассмотрим методику определения остальных составляющих гидравлических потерь. Потери давления в охлаждающем тракте камеры двигателя При охлаждении камеры низкокипящим компонентом (например, водородом) часто необходимо учитывать также уменьшение статического давления в потоке за счет разгона охлаждающего газа Лр„(иногда эту величину называют потерями давления вследствие разгона газа).
Так как размеры охлаждающего тракта и температура охладнтеля переменны по длине камеры, расчет потерь на трение в охлаждающем тракте обычно проводится ~по участкам. При выборе участков удобно использовать разбивку камеры, уже принятую ранее при расчете охлаждения. Для каждого участка все расчетные величины (геометрическне размеры, скорость охладителя и т.
д.) берут осредненными. Определив потери на трение на каждом участке Лр„алро полную величину потерь на трение в охлаждающем тракте находят как сумму потерь на участках, т. е. Ьр„.,г=ТКР, рь Все дальнейшие выкладки приведены для расчета одного участка системы, в котором все параметры осреднены. Потери на трение подсчитываются по формуле юэ ~"Рохл тр г=Л у лэ 2я где ! — длина участка охлаждающего тракта; с(, — эквивалентный (гидравлнческий) диаметр охлаждающего тракта на данном участке; у — плотность охладителя; ш — скорость движения охладителя; Л вЂ” безразмерный коэффициент потерь на трение. Как видно, задача сводится к определению д, и коэффициента в формуле (6.
! 4) . Эквивалентный диаметр определяется как отношение учетверенной площади живого сечения к периметру сечения П: 4У ц (6. 15) Коэффициент трения Л зависит от характера потока и формы канала. Характер потока определяется числом Рейнольдса Ке, а форма канала — коэффициентом формы ы. Для ламинарных потоков, т. е. при Ке(2320 247 В охлаждающем тракте имеют место два вида потерь: П о т е р и н а т р е н и е Лр„„,,р, возникающие в результате трения жидкости о стенки канала. Местные потер и Лр„, вызванные местными сопротивлениями движению компонента (скрепления, выштамповки, повороты, вход к выход из коллектора, начало и окончание ребер, плавные и внезапные сужения и расширения охлаждающего тракта и т.
д.). Таким образом, ад =аР ла +ЬР (6. 13) 84 ). = — О». яе (6. 16) При этом коэффициент формы ы для круглых каналов равен единице, для кольцевой щели — 1,5, а для прямоугольных каналов с отношением сторон Ь/а имеет следующие значения: 0,2 е/а 06 0.5 о,т О,з 0,4 1,0 1,32 1,25 оац 1,50 1,10 1,03 0,97 0,90 Для турбулентных потоков при 2320<не<104 Л 0,3154 )Гйе (6. 17) При Ке)4000 коэффициент трения Х можно также определять по формуле (119] Л= 1 (1,8! 1е ке — 1,54)е Коэффициент формы в при турбулентном течении для прямоугольных каналов с 0,5<(»/а<2 равен единице, для щели — 1,5.
Число Ке подсчитывается по формуле Ке=с(»ю/у, где т — кинетическая вязкость в м'/сек. Для более удобного определения числа есе преобразуем (6.19). Так как (6. 18) круглых и кольцевой (6. 19) выражение (6. 20) К Д» ю 4Г,»6»у 46 11Г .та йхр где 6 — расход охлаждающей жидкости. Для некоторых форм охлаждающих трактов формулу (6. 22) привести и более удобному виду. Для щ еле в о го ка пал а, считая с(,р=Н„, получим 46 26 Ке =- — = паи а.».а (6. 22) можно (6. 23) Для охлаждающего тракта с оребрением и ч а т ы х к а м е р считаем, что тракт представляет собой систему раллельно включенных одинаковых каналов. Сопротивление тракта равно сопротивлению одного из каналов. При этом в случае продольных фрезерованных ребер и для прямоугольного сечения 46; 26; Ке= пжр (а.— е»»») ер ' где 6;= 6/г — расход через один из г каналов.
трубиз па. всего трубок (6. 24) 248 (6. 21) 0 т то, подставив выражения (6.!5), (6.20) и (6.21) в формулу (6.19), получим При других формах оребренного канала (например, с гофрами) Ке= — ' (6. 25) цтяв В случае винтовых канал он охлаждающий тракт также со. ставляется из ряда параллельно включенных одинаковых каналов, число которых равно числу заходов винтовой нарезки, а сопротивление всего гракта также равно сопротивлению одного из каналов. Величина Ке определяется по той же формуле (6.24), что и в случае щелевого канала с продольными ребрами жесткости. Коэффициент трения для винтового канала х =ьл винт (6. 26) Коэффициент трения Х подсчитывается по обычным формулам, а коэффициент 9=1+3,5 — ' (6. 27) нвинт где а',„„, — диаметр винтовой линии в рассчитываемой секции.
Длина винтового канала на данном участке Е; н!п тор (6.28) где Ер — длина данного участка; уор — угол подъема винтовой линии на данном участке. Все приведенные выше выражения не учитывают наличия тепло- обмена в охлаждающем тракте, в силу которого потери на трение при течении жидкого охладителя будут несколько меньше. Местные потери определяются как сумма потерь, вызванных местными сопротивлениями в охлаждающем тракте: ъ'т аРоив.н= ~, ВРоти.в;т где (6. 29) 2 т Р1 мт Рэ + — = — +— тт 2К ур 2Л откуда, считая на данном участке у~=уз=у, ЬР. =(Р,— Рн)= — (тгт,— тгт',). у 2тг (6. ЗО) 249 Здесь 9 — коэффициент местного сопротивления, определяемый для каждого частного случая по справочникам гидравлики [118), [1!9).
При наличии выштамповок и в некоторых других случаях, специфических для )КРД, для определения $ можно использовать работы [89), [!2!). При сложных конфигурациях тракта, когда справочные данные отсутствуют, наиболее надежным способом определения коэффициента сопротивления является опытная проливка элемента тракта и определение необходимых коэффициентов по ее результатам. Уменьшение статического давления в тракте вследствие разгона охладителя при охлаждении газообразным водородом Лр„определяется по уравнению Бернулли.
Пренебрегая разностью высот и поте рями напора на рассматриваемом участке, можно написать Гидравлические потери в трубопроводах и арматуре В трубопроводах потери напора такие же, как и в охлаждающем тракте; они складываются из потерь на трение о стенки трубопровода и местных потерь, т. е. Д Ртр го = д Рт р + Д Р (6. 31) Потери на трение в трубопроводах определяются так же, как и в охлаждающем тракте, по формуле (6. 14): 1 м2 дР, =х — У вЂ”, 2хх где коэффициент трения в зависимости от режима течения определяется по формулам (6. 16) — (6.
18). Местные потери в трубопроводах определяются как сумма потерь напора от различных причин (поворот трубы, вход и выход из трубы, внезапное или плавное расширение или сужение потока, слияние и разделение потоков и т. д.), т. е. ЛР„=ХЛР„ь Величина местных потерь в каждом случае определяется по формуле (6. 29): ~2 дРы =17 2д где  — коэффициент сопротивления, определяемый применительно к каждому случаю потерь. Потери в клапанах и др о с сел ях (ЛР„п и Лррр) рассчитываются также по формуле (6.29).
Задача при этом сводится к определению коэффициента потерь |. В связи с большим разнообразием форм клапанов (или различного рода регуляторов) дать универсальные рекомендации для всех типов невозможно. Обычно величина $ для клапанов регулирующих устройств и дросселей оценивается по результатам про. ливки сходных конструкций. Гидравлическая характеристика системы Гидравлической характеристикой системы подачи мы будем называть зависимость потребного давления подачи (или напора) от расхода компонентов. В соответствии с равенством (6.12) необходимое давление подачи Рпох Рх+ ДРф +,~~ ДР! ДРв Рпох Рвх Н=х — = — — —.
7 "т' У Согласно уравнению (6. 1) Рвх Ро Рот аР х + т т' 'т' 'т' (6. 32) откуда "т* ~ "т' 'т' У (6. 33) 250 где АР; — гидравлические потери в системе от различных причин. При изменении расхода компонентов давление в камере Р, в первом приближении будет изменяться прямо пропорционально расходу, а из. менение суммы Ьрф+ХЛР~ можно принять пропорциональным квадрату расхода.
Суммируя значение рр и ЛРф+Хдр; при различных расходах, получим гидравлическую характеристику Р ох — — 1(ст) (рис. 6. 23, а). Величина необходимого напора, создаваемого насосом ЖРД, определяется как разность давлений подачи и входа в насос, т. е. Величина (рб/у)+(р„/у) не зависит от расхода компонента. Величина потерь напора во входной магистрали бр„/у пропорциональна квадрату Рпе ад,х + Ебдг гост а) б) Рис. 6.
23. Гидравлические характеристики системы подачи расхода. Суммируя все слагаемые правой части уравнения (6.33), получаем гидравлическую характеристику изменения потребного напора насосов в зависимости от расхода Н=/(Я) (рис. 6. 23, б). 6. 7. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ЖРД Общие сведения По задачам, стоящим перед системой управления, можно выделить две основные группы систем *. 1. Системы, обеспечивающие запуск и остановку двигательной установки. 2. Системы, обеспечивающие поддержание заданного режима работы камеры двигателя и двигательной установки.
Устройства первой группы систем в значительной мере определяются выбранным способом запуска и остановки двигательной установки (см. 3 5. 4). Основные требования к этой группе устройств — обеспечение надежности запуска и остановки, обеспечение заданного времени выхода на режим и времени полного прекращения работы установки при возможном изменении температуры агрегатов и условий работы двигательной установки. При этом важной характеристикой работы системы является время выхода на режим при пуске установки.
Для двигателей баллистических ракет это время составляет менее 2 — 3 сек. Для двигагелей ЗУРов и антиракет время выхода на режим должно быть еще меньшим. Основные требования к устройствам второй группы систем управления — обеспечение надежной работы двигателя на заданном режиме, поддержание постоянных или заданных режимов тяги и соотношения компонентов. В зависимости от назначения ЖРД жесткость этих тре. бованнй различна. Ориентировочно можно считать, что для двигателей баллистических ракет система регулирования должна поддерживать заданную тягу с точностью до 2%, соотношение расходов компонентов в камеру — с точностью до 1,5% и в газогенератор — до 2%, давление наддува баков — с точностью до 3%.
Для двигателей ЗУРов требуемая точность поддержания тяги — до 2о/а, соотношения расходов компонентов в камеру сгорания и в газогенератор — до 2,5 — Зв/, и давления над- * Подробныа анализ вопросов автоматического регулировании ЖРД см. в работе [1261. 251 дува — 3,5 — 4%. Эти требования приближенные и в каждом конкретном случае могут существенно изменяться. Рассмотрим основные способы регулирования тяги двигателя и не.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
