Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Можно показать (с некоторыми допущениями), что / 7; (6.4) где 1, 1,, 1а — длины у астков, Из картины течения следует следующее: 1) чем ближе коллектор устанавливается к началу последней секции гофров, тем меньше доля расхода л1 з, 2) нельзя располагать коллектор ближе начала последней сек- Рве. 6.35. Особенностн установки коллектора на конце сопла 120 дин гофров, так как в этом случае большая часть расхода из будет "разворачиваться" перед последней секцией гофров, в которой образуется застойная зона (проток охладителя практически будет отсутствовать). В случае, когда расход из становится недостаточным для охлаждения конца сопла, верхние каналы гофров на пути течения расхода т, могут часпечно перекрываться специальными заглушками (см.
рис. 6.36, поз. 5). Когда связь оболочек осуществляется фрезерованными ребрами, то течение охладителя к концу сопла и обратно аналогично рассмотренному выше, за исключением того, что отверстия в корпусе коллектора 3 (рис. 637) соединяют коллектор с частью каналов между ребрами (рис. 6.38), по которым расход т а направляется к срезу сопла. Возвращается этот расход по каналам, не соединенным отверстиями с полостью коллектора. тт у Рве. 6.36. Подвод охладвтеля: 1 — коллектор подвода; 2 — трубопровод подвода; 3 — корпус коллектора; 4 — связи оболочек — гофры; 5 — заглушка, перекрываюпил капал — г А-А Рве.
6.37. Коллектор подвода охлалвтевя пря оребреввом тракте: 1 — входной патрубок; 2 — переходиик; 3 — корпус коллектора 121 ЮидА Рве. 6.38. Вервелт подводе охлэдвтелв к фреэеровеннмм ребрам оххамдемюсго тракте Рве. 6.39. Основные элементы коллектора подводе охлэдлтелл: а — корпус коллектора точеный; б— корпус коллектора с буртчмн; 1 — неружнее оболочка; 2 — корпус коллектора; 3 — коллектор О некоторых вариантах конструкции коллекторов и патрубков подвода и их изготовления уже упоминалось выше. Штампованный патрубок подвода завершается точеным переходником 2 (рис. 6.37) .
К нему впоследствии приваривается подводящий трубопровод компонента. В переходнике предусматривается место (например, резьба) для установки дроссельной шайбы, дозирующей расход компонента (например, охладителя) через камеру двигателя. Коллектор может быть изготовлен также нз двух одинаковых штампованных половин с продольным швом. В этом случае он штампуется заодно с половинками подводящего патрубка. Сваренная целиком верхняя часть коллектора протачивается, а затем приваривается к нижней части — корпусу коллектора, который является частью нарухаой оболочки. Для этого на корпусе коллектора предусмотрены специальные "усики" для сварки встык (см. рис. 6.39, а).
Вариант с буртами, прикрывающими внутреннюю часть шва (рис. 6.39, б), хуже, так как после окончательной механической обработки коллектора перед установкой и приваркой к корпусу (в противном случае сборке мешают бурты) его приходится разрезать поперек, т.е. появляется лишний шов. рекомендации дпя определения характерных размеров коллектора подвода охпадителя заключаются в следующем (см. рис. 6.35 л 6.37). Диаметр подводящего трубопровода с1 выбирается с учетом конструктивных соображений (размеров выхода насоса, условий компоновки и т.п.) и ГОСТа на выпускаемью трубы. Кроме того, проверяется скорость 122 жидкости в трубе (1ттр < 15 м/с) .
Прн несоблюдении рекомендаций необходимо увеличить Игр нли запроектировать два-три подвода к коллектору путем разветвлейия трубопровода, подводящего компонент от насоса. Скорость водорода может быть 50...60 м/с. На совРеменных двигателЯх 1гкел м (0,8...1) Гтр (Гтр — площадь трубы подвода). Суммарная площадь всех отверстий подвода жидкости в охлаждающий тракт (в корпусе коллектора) гота > (1,5...2) 1гохл, где Ре„а — площадь охлаждающего тракта. Эти отверстия в зависимости от особенностей конструкции могут иметь любую форму, а также выполняться в виде сплошной щели в наружной оболочке. 6.5.
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКПИй КАМЕР КИСЛОРОДНО-ВОДОРОДНЫХ ЖРД Кислородно-водородные ЖРД получили большое развитие,и многие перспективные направления ракетно. космической техники связаны с использованием кислородно. водородных ЖРД. Одним из известных кислородно-водородных ЖРД многоразового использования с большим ресурсом является двигатель 88МЕ, пневмогидросхема которого с основными данными бьиа рассмотрена в гл. 5.
Камера этого двигателя состоит из цилиндрического участка, входной и сверхзвуковой профнлированной частей сопла. Конструктивно блок камеры разделяется на два разъемных узла с фланцевым соединением в сечении сопла с относительной плошадью, Р = 5. Блок камеры соединяется с форсуночной головкой также фланцевым соединением.
Диаметр этого соединения равен 560 мм; оно имеет двухпоясное уплотнение с промежуточным кольцевым каналом. Разработаны и используются методы проверки возможных утечек газа из камеры сгорания с помощью изменения цвета лент, нанесенных на поверхности фланцев. На рис. 6.40 показан первый узел блока камеры, включающий цилиндрическую часть камеры сгорания и часть сопла до сечения с относительной площадью т = 5. Как видно из рисунка, цилиндрическая часть камеры сгорания очень короткая, входная часть сопла достаточно развита, плавно переходит к критическому сечению, закритическая часть вблизи критического сечения также закруглена, т.е.
контур сопла имеет непрерывный криволинейный профиль. Первый узел камеры состоит из двух связанных пайкой оболочек. Внутренняя оболочка 5 изготавливается из специального сплава на основе меди, серебра и циркония. Сплав обладает хорошей теплопроводностью, Удовлетворительной прочностью при сравнительно высоких температурах, пластичностью и стабильностью. По одной технологии внутренняя оболочка изготавливается из кованой (или литой) заготовки с последующей механической обработкой. На наружной поверхности внутренней стенки прорезаются 390 продольных каналов прямоугольного сечения дпя прохо- 123 Рис.
6.40. Умл блока камеры двигателя ббмрл ! — выходной коллектор; 2 — акустический демлфер; 3 — наружнал оболочка; 4 — ввйодной коллектор; 5 — внутреннлл оболочка; б — каналы акустического демпфера да охлаждающей жидкости. Ширина и глубина каналов, а также толщина стенки перемены по длине. В критическом сечении (Б-Б) толщина ребра — 1 мм, ширина канала — 1 мм, глубина — 2,5 мм, а толщина стенки — 0,71 мм. Максимальная рабочая температура внутренней стенки Т,г=810Кнриудельномтепловомпотокебх 164 104 Вт/мт.
Большая зффективность проточного охлаждения водородом обеспечивает значительный срок службы при циклических нагружениях камеры сгорания в условиях многоразового использования двигателя. В связи с указанной конструкцией внутренней оболочки н высокими требованиями к точности ее размеров, в частности к толщине стенки, необходима уникальная технология фрезерования каналов.
Специальное приспособление в процессе обработки обеспечивает контроль толщины стенки ультразвуковым микрометром и вьщает информацию для управления положением прорезной фрезы. Точность изготовления составляет 0,0076 мм. По другой технологии внутренняя облочка может изготавливаться центробежной отливкой вместе с каналами. Разработана технология изготовления оболочки методом гальванопластнки.
После нарезания каналы оболочки 5 (см. рис. 6.40) заполняются парафином и с помощью злектролнтического (гальванического) метода наноснтсн двухаюйная оболочка меди и никеля, закрывающая каналы охлаждения. Затем парафин выш~авляется. 124 Наружная оболочка 3 состоит нз двух половин (разъем по образующей), которые изготавливаются штамповкой из высокопрочного никелевого сплава (ннконель-718) с последующей сваркой (на внутренней оболочке) и механической обработкой. Наружная оболочка является силовой и работает при напряжениях, несколько превышающих предел текучести. К наружной оболочке приварены коллекторы 1 и 4. Коллектор 4— входной.
В охлаждающий тракт через него поступает около 20% расхода жидкого водорода через камеру. В охлаждающем тракте водород газифицируется и из выходного ко~шектора 1 с температурой около 305 К газообразный впдород поступает на привод турбины БТНА горючего. Конструкция второго узла блока камеры, включающая выходную часть сопла от сечения с относительной площадью, равной пяти, и до среза с площадью, равной 77,5, выполнена трубчатой. Она набрана из 1086 трубок с переменным по длине прямоугольным сечением, которые образуют охлаждающий тракт.
Трубки соединяются между собой и свювыми кольпевымн бандажами пайкой. Материал трубок — хромоникелевая сталь. Коллектор подвода жидкого водорода в охлаждающий тракт распо. лагается в сечении с относительной площадью сопла, равной 20, за которым располагаются трубки меньшей длины. Трубки, по которым водород течет от среза сопла, проходят по всей длине узла.
В сечении с относительной площадью сопла, равной пяти, устроен фланец для стыковки с первым узлом. Здесь же располагается и выходной коллектор. Для охлаждения этой части сопла используется примерно 25% жидкого водорода из всего расхода горючего. Газифицированный в тракте водород смешивается с жидким, поступающим из насоса, н полученный газ с температурой порядка 164 К направляется в ЖГГ.
Коллектор подвода горячего газа от ТНА — охлаждаемый, что позволяет свестн до минимума градиент температуры по толщине внешней несущей стенки, иметь одинаковую невысокую температуру этой стенки на всех участках и тем самым практически исключить появление термических напряжений в конструкции. Вследствие длительной многоразовой работы коллектора резко повышается его малоцикловая усталостная прочность. Отсутствие термических напряжений в коллекторе увеличивает жесткость его конструкции н способствует улучшению условий работы многих стыковочных соединений и трубопроводов.
Поэтому, несмотря на существенное усложнение конструкции и некоторое увеличение массы, охлаждение коллектора следует считать прогрессивным решением. Важная особенность камеры сгорания — устройство акустических демпферов, выполненных в виде полости 2 (см. Рис. 6.40), которая сообщается с объемом камеры сгорания через каналы 6, устроенные в расширенных Ребрах. Установка акустического демпфера улучшает характеристики устойчивости рабочего процесса по отношению к высокочастотным колебаниям. Камера, снабженная акустическим демпфером и имеющая антивибрационные перегородки на смесительной головке, как показал опыт ее эксплуатации, практически не имела неустойчивых режимов. 125 На рис. 6,41 показана схема и отдельные конструктивные фрагменты камеры еще одного кислородно.
водородного двигателя с дожиганием восстановительного генераторного газа и давлением в камере сгорания порядка 12...15 МПа. Основные особенности камеры состоят в следующем. 11илиндрическая часть камеры сгорания и огневое дншце смеснтельной головки охлаждаются кислородом; входная и сверхзвуковая части сопла до сечения П1 охлаждаются водородом. Сопло заканчивается насадком, не имеющим, наружного проточного охлаждения. Он выполнен из жаропрочной сталй и охлаждается завесным внутренним и радиационным наружным охлаждением, благодаря чему температура стенки насадка не превышает 1300...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
