Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Постепенно по мере поцогрева воцоропа в охлаждающем тракте камеры начинает раскручиваться ТНА и двигатель плавно выходит на рабочий режим. 99 Безгазогенераторная схема двигателя К1.-10 изучается. Расчетные и экспериментальные исследования показывают, что при проведении некоторых конструктивных мероприятий можно значительно увеличить теплоотдачу в камере и повысить температуру водорода в охлаждающем тракте.
Это соответственно повышает его "работоспособность" и мощность ТНА. Последней юаатает цля обеспечения давления в камере сгорания р„= 10...15 МПа. В результате при увеличении геометрической степени расширения сопла до относительной площади среза Г в = 400...1000 с учетом положительного эффекта регенерации тепла удельный импульс двигателя в пустоте можно получить равным 1п = 4750...4800 м/с и даже вьщю.
Вопросы для самопроверки Перечислыте, а чем заключаются обозные особвнпосш схем следующих дапгателпц Р11107, РД108, РД119, РЦ111,Р1,12, Р21253, 88МЕ, П3 103. Глава 6 КОНСТРУКЦИЯ КОРПУСА КАМЕРЫ 6.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ И СОПЛА Конструкцию камеры двигателя (рис. 6.1) технологически можно разделить на две части: корпус 1 и смесительную (форсуночную) головку 2. Корпус состоит из цилиндрической части 3 и сопла 4. Исходными данными для конструирования камеры являются прежде всего геометрические размеры и газодинамическнй профиль (рис. 6.2), которые определяются при газодинамическом расчете. Затем производится расчет смесеобраэования и форсунок, расчет тепловых потоков и решаются задачи теплозащиты стенки, выбираются основные материалы.
Большинство камер ЖРД имеет наружное охлаждение, при котором осуществляется проток охладителя по охлаждающему тракту, образованному между внутренней и наружной оболочками или стенками камеры сгорания и сопла. С ростом давления в камере и повышением энергетических характеристик двигателя цля обеспечения надежной теплозащиты стенок камеры требуется интенсификация наружного проточного охлаждения. Это достигается увеличением скорости течения охладителя, развитием теплоотдающей поверхности стенки с помощью ее оребрения, турбулнзацней потока, например путем создания искусственной шероховатости тракта. Кроме того, при интенсивном нзружном охлаждении требуется, чтобы внутренняя стенка была достаточно тонкой тс ге ял гг Рнс.6.1.
Камера ЖРД: 1 — корпус; 2 — смесительная головка; 3 — цилиндрическая часть; 4 — сопло; е— узел пояса завесы; б — узел подвода охладителя; е — узел крепления камеры Рнс. 6.2. Газодинамнческий профиль камеры: чк, ок, суа — диаметры камеры сгорания, критйиеского сечения, среза сопла соответственно; 1, 1л — длина цилиндри- ц а чсской части камеры сгорания н сверхзвуковой части сопла; дл — угол проФиля сопла в его выходном сечении и изготовлена из теплопроводных материалов, например, нз медных сплавов. Однако с повышением давлений в камере и охлаждающем тракте, которые доходят до десятков мегапаскалей, очень сложно обеспечить высокую прочность конструкции при тонкой стенке из теплопроводных, как правило, малопрочных материалов. Поэтому наиболее сложным этапом создания камеры является проектирование и разработка конструкции охлаждающего тракта, который имеет много разных форм и силовых связей.
Заметим, что от конструкции охлаждающего тракта зависит облик всей конструкции камеры, ее прочность, надежность охлаждения и массовые характеристики. Таким образом, самым главным элементом конструкции камеры является конструкция 101 лрестадяа Рис. 6.3. Схемы охлажлеиия трактов камеры: а, б — шелевые тракты; е — со связан- ными оболочками по выштамповкам; г — схемы расположения выштампо- вок; 1 — квалратнмз; П вЂ” шахматная 1 г ++++ + + + Ф ФФ г охлаждающего тракта. Наиболее простым является охлаждающий тракт, выполненный в виде гладкого щелевого канала, образованного зазором между внутренней и наружной оболочками (рис. 6.3, а и б).
Однако при малом количестве охладителя для обеспечения требуемой скорости течения необходимо иметь очень малый зазор щели — меньше 0,4...0,5 мм, что технически выполнить очень трудно. Кроме того, при большом давлении в охлаждающем тракте, тонкая внутренняя оболочка легко теряет устойчивость — деформируется нз-эа недостаточной ее жесткости. От этих недостапсов избавлены охлаждающие тракты с так называемыми связанными оболочками, т.е.
прочно скрепленными. Впервые их разработал известный советский конструктор А.М. Исаев в 1946 г. (двигатели У 400 и У-1250) . Конструктивных схем охлаждающих трактов со связанными оболочками имеется в настоящее время много. На рис. 6.3, в показан тракт, образованный соединением оболочек электросваркой по специальным выштамповкам — круглым или овальным, выполненным на наружной оболочке.
На рис. 6.4 оболочки соединены пайкой либо через ребра, выфрезерованные на внутренней оболоЧке (рис. 6.4, а), либо пайкой через специальные гофрированные проставки (рис. 6.4, б). В американских двигателях распространены трубчатые конструкции камер. В них корпус камеры сюрания н сопла набирается из специальных тонкостенных (до 0,3...0,4 мм) профилированных трубок, изготовленных из теплолроводных материалов, 102 ь Рнс. 6.4. Схемм охлакдампиог трактов 1 со свнзаннымн пайкой оболочками: а — по ребрам; б — через гофрнрован- ные простенки часто на никелевой основе.
Трубки соединяются между собой пайкой (рис. 6.5). Для обеспечения прочности трубчатых камер снаружи устанавливаются специальные силовые бандажи как на отдельных участках, так и в вице свюшной силовой обечайки. В некоторых случаях трубки могут размещаться в два слоя.
Разновидностью трубчатой конструкции может служить использование Ш~бразньгх профилей, припаянных к силовой наружной оболочке. В качестве охладнтеля в современных двигателях используются окислитель или горючее, либо оба компонента. Кроме того, дпя удобства компоновки, уменьшения длины подводящих охладнтель трубопроводов, а также сниження пщравлического сопротиалення охлаждающего тракта охладитель иногда разделяют на несколысо расходов, каждый из кото- Рис.
6.$. Трубчатые охлкнямещне тРакты: а — прлмоугольные трубки; б — оребренные трубки; е — круглые трубки; г — двухрядное размкнение трубок; д — спиральные трубка; е — тракт из У.образных профилей; 1 — снловал оболочка; 2 — Бобразный профилгя 3 — места пайки 163 Рнс. 6.6. Резллчные схемы подвода компонента н охламдлмптнй тракт камеры рых охлаждает какую-либо часть камеры сгорания или сопла. Особенно это характерно при использовании в качестве охладителя водорода. Причем часто для охлаждения камеры вполне достаточно только одной его части расхода.
На рис. 6.6 показаны некоторые схемы подвода охладителя в охлаждающий тракт камеры. Схема а — наиболее простая — весь расход охладителя проходит от среза сопла к головке камеры сгорания. В схеме б концевая часть сопла охлаждается частью расхода, так как здесь более низкие тепловые потоки. Эта схема позволяет несколько снизить гидравлические потери в охлаждающем тракте, массу и габаритные размеры камеры уменьшением длины подводящих трубопроводов и применением менее габаритного коллектора.
Схемы в и г — конструктивно более сложные, но позволяют также уменьшить длину подводящих трубопроводов, снизить гидравлическое сопротивление охлаждающего тракта, подавать в области с наибольшими тепловыми потоками (дозвуковая и критическая части сопла) охлади- тель с более низкой температурой. Схема д — противоположна схеме а.
Здесь охладитель поступает в охлаждающий тракт со стороны смесительной головки. Достоинство схемы — уменьшение длины подводящих трубопроводов. Эта схема особенно хорошо компонуется при трубчатой конструкции камеры. В этом случае охладитель по одной части трубок направляется к срезу сопла, а по другой — возвращается к смесительной головке. Важным конструктивным элементом камеры является обеспечение равномерного втекания охладителя в охлаждающий тракт по его периметру. Ддя этого устраивают специальные входные коллекторы (рис.
6.7) . Одно наружное проточное охлаждение камеры не всегда может обеспечить необходимый для надежной работы температурный режим стенки на всем ее протяжении. Поэтому, как правило, наряду с наружным охлаждением применяют и внутреннее охлаждение. Оно осуществляется созданием вблизи стенки ннзкотемпературного прнстеночного слоя газа рне.
6.7. Схемы входных коллекторов при трактах: и — щелевом; б — е выщтемловками; в — е гофреми; г — е ребрами; 1 — гофры", 2 — ребра (заградительное охлаждение) нли жидкой пленки (завесное охлаждение) на отдельных участках внутренней поверхности стенки. Заградительное охлаждение стенки осуществляется соответствующим расположением и подбором расходных характеристик форсунок на периферии головки.
В этом случае в присгеночном слое создается избыток какого-либо компонента (обычно горючего)„что приводит к понижению температуры продуктов сгорания возле стенки. Завесное охлаждение реализуется подачей жидкого компонента (обычно горючего) непосредственно на внутреннюю поверхность стенки через отверстия и щели в специальной конструкции — поясе завесы охлаждения. Жидкая пленка и продукты ее разложения, двигаясь по стенке, хорошо ее защищает от воздействия высокотемпературных продуктов сгорания.
Наиболее распространенной конструкцией охлаждающих трактов являются каналы, образованные ребрами (см. рис. 6.4, а) или гофрированными проставками (см. рис. 6.4, б). При таких конструкциях трактов оболочки имеют большое число связей, которые обеспечивают повышенную жесткость и прочность камеры. Минимальный шаг между связями Гюю определяется технологией производства, а максимальный Гще„— прочностью.
Уменьшение высоты охлаждающего тракта Болл часто используется для повышения скорости течения охладителя. Однако из технологических соображений сделать высоту тракта Бо„л меньше 1,5... 1,8 мм не рекомендуется, так как при пайке может произойти перекрытие сечения канала припоем. Поэтому для повышения скорости течения охладителя, чтобы не уменьшать высоты канала, применяют спиральные винтовые связи (рис. 6.8). Если Π— угол наклона ребер с осью камеры, то скорость течения охладителя к' „„= 1/сов о. Подбирая угол наклона ребер, можно в определенных пределах влиять на скорость течения. Учитывая, что в соответствии с газодинамическим профилем диаметр сечения сопла непрерывно изменяется, а число связей на определенном 1И Рве.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
