Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Штуцер 4 сваривается после пайки внутреннего днища головки 6 с ее корпусом 1, дефлектором 7 н форсунками 8. На рис. 7.16 приведена схема конструкции штуцера, устанавливаемого на поясе завесы охлаждения для ее продувки перед запуском и при останове 7 а-а Рис.
7.15. Установка штуцера ПЗУ: 1 — корпус головки со средним днищем; 2— соединительное кольцо; 3 — переходник; 4— штуцер; 5 — корпус камеры; 6 — переднее днище; 7 — дефлектор; 8 — форсунки !37 Рис. 7.16. Установка штуцера продувки пояса завесм Рис. 7.17. Установка ипуцера замера давления в камере: 1, 2, 3 — переднее, среднее н нарувакк дняша (соотаетственно1 смесительное головки л-л гзенгр яадлгнил яеяяелгята ппгге Рис. 7.18. Установка ппуцера замера давления Рвс. 7.19. Кроиштеаим киеплеиия камеры: 1 — корпус камеры сгорания; 2 — смесптелыыя головка На рис.
7.17 и 7 18 показаны различные варианты установки на сме. сительной головке штуперов для замера давления в камере сгорания. В первом случае канал замера проходит сквозь головку. На рис. 7.17, а огневое днише стальное, а на рнс. 7.17, б — бронзовое. Во втором случае (см, рис. 7.18, а) канал замера давления выводится на внешнюю сторону корпуса головки. На рис. 7.18, б показан канал замера давления компонен.
138 в полости головки сразу после выхода компонента из охлаждающего тракта. На рис. 7,19 показаны варианты схем конструкций узлов крепления камеры к раме. Вопросы для самопроверки 1, Мз каких основных деталей я элементов актокт конструкция головка? 3, Назовнте коясгрукшвкые схемы форсунок. 3, Как располагаются форсункн на смеснтеяьной головке? Е, Какие могут быть особенности распределения компонентов по полосим головки? 5, Какие особенности имеют кокуструкдкя головок? б, Какие особекносги имеет смесительяая головка двигателя БИМЕ? Глава 8 ЖИДКОСТНЫЕ ГАЗОГЕНЕРАТОРЫ И КАМЕРЫ ЖРД МАЛОЙ ТЯГИ 8.1.
ГАЗОГЕНЕРАТОРЫ ЖРД В двигателях применяют одно- и двухкомпонентные ЖГГ, которые обычно работают на основных компонентах топлива. Важнейшим требованием к ЖГГ является обеспечение равномерного поля температур по сечению потока в выходном сечении и, следовательно, на входе в турбину. Двухкомпонентные ЖГГ. Наиболее широко применяют двухкомпонентные ЖГГ. Они устроены во многом аналогично основным камерам и состоят из смесительной головки и корпуса, который имеет регенеративное охлаждение нли выполняется неохлаждаемым. Наибольшее влияние на конструкцию и параметры 'ЖГГ оказывает тнп схемы. В двигателях без дожигания для работы двухкомпонентного ЖГГ за главными топливными клапанами отбирается небольшая часть (обычно 2...3%) общего расхода основных компонентов топлива.
ЖГГ в двигателях с дожиганием являются одними из наиболее нагруженных элементов конструкции двигателя, хотя температура продуктов сгорания в них существенно ниже, чем в камере, но давление заметно бал ыж. ЖГГ, указанные в табл. 8.1, работают на основных компонентах топлива и, за исключением газогенераторов двигателей 88МЕ и РД-253, относятся к двигателям без дожигания. 139 Таблица 8 1 Параметры ЖГГ некоторых двигателей 55МЕ (ТНА 0,) 5$МЕ (ТНА Н,) РД-253 (01) жн Онп) ж То же Х,О, и НДМГ 120 264 (75%) 36,0 797 35,9 972 - 24 870 0.65 0,84 С нзбьпком окнспнтепв 0,9 0,9 0,9 0,9 0,42 ЕЕ-5 НМ-7 НМбО 1-2 Р-1 КУ2 (0,) жп (Н,) ж То же 12 0,466 — (1,8 %) 120 8,3 3,18 10 (2%) 4,53 (8 %) 2,55 890 870 8 875 (0,),вп КР-1 (О,) ж н «прося« 2,94 620...
650 (на входе в турбину) 1100 (1,8 %) РД-216 Смесь окислов азота с азотной кнспотой и НДМГ ЖГГ состоит из смесительной головки и камеры. Если ЖГГ работает на несамовоспламеняющемся топливе, то в его состав входит также воспламенитель, устанавливаемый обычно в центре смесительной головки, или применяют третий (пусковой) компонент топлива, обеспечивающий воспламенение. В ЖГГ обычно применяют плоскую смесительную головку и цилиндрическую камеру. )яГГ двигателей с дожигалием. В современных двигателях с дожиганием применяют как восстановительные, так и окислительные ЖГГ.
В кислородноаодородных двигателях с дожиганием целесообразно применять восстановительный ЖГГ, причем более эффективно использование двух ЖГà — отдельно для ТНА жидкого кислорода и для ТНА жидкого водорода. Восстановительный газ имеет меньшую химическую активность и большую работоспособность (из.за малой молекулярной массы и меньших температурных ограничений, определяемых сохранением целости конструкции).
Однако следует считаться с повышенным (до 40 %) содержанием газообразного водорода, что создает потенциальную опасность взрыва двигателя. Использование двух ЖГГ облегчает создание высоких давлений компонентов топлива, требуюпшхся для двигателей с дожиганием. Два ЖГГ применены в двигателе ББМЕ. Наличие двух ЖГГ облегчает регу.
140 лнрование двигателя: путем изменения расхода окислителя в ЖГГ ТНА окислителя изменяется тяга двигателя, а в ЖГГ ТНА горючего — соотно,ление компонентов топлива. Оба ЖГГ имеют одинаковую конструкцию (рис. 8.1): смесительную оловку 1 с соосными цвухкомпонентными форсунками 2 н цилиндрическую камеру 3 с охлаждающим трактом. В коллектор горючего обоих ГГ подается подогретый газообразный водород нз охлаждающего тракта сопла основной камеры. Равномерное соотношение компонентов топлива в обоих ЖГГ обеспечивается применением большого числа двухкомпонентных соосных форсунок, В каждой форсунке через центральное отверстие подается кисдород, а через периферийное кольцевое отверстие — водород.
Каждую форсуику проливают и при необходимости дорабатывают с таким расчетом, рис. 8.1. ЖГГ двигателя 8$мгя 1 — смеснтельная головка; 2 — соленая двухкомпонентная форсунка; 3 — пнлиндРнческая камера сгорания; 4 — трехлолоспгая антипульсапионная перегородка; 5— акустическая полость 141 чтобы обеспечить постоянное соотношение компонентов топлива. После установки отобранных таким образом форсунок в головку газогенера. тора в его поперечном сечении обеспечивается однородное смешение. В связи с большим числом близкорасположенных форсунок окислителя с малым расходом образование, испарение и сгорание капель горючего происходит на небольшом расстоянии от огневого днища головки.
Близкое расположение форсунок обусловливает равномерное вьщеление теплоты по сечению генератора при сгорании топлива, в результате чего уменьшается потребность во вторичном турбулентном перемешивании с целью равномерного распределения теплоты в продуктах сгорания, Вследствие более высокой температуры продуктов сгорания ЖГГ ТНА жидкого водорода имеет медный дефлектор. В связи с обнаружением эрозии дефлектора при послеполетных осмотрах ЖГГ вблизи мест его эрозии в дефлекторы введены дополнительные охлаждающие каналы длл улучшения охлаждения указанной зоны.
Устойчивость горения в газогенераторах двигателя 83МЕ обеспечивается путем использования охпаждаемых водородом трехлопаетных перегородок 4 и акустических полостей 5 на периферии смесительной головки. Отклонения температуры в любой точке потока генераторного газа на входе в турбину от номинального значения не должны превышать и 42 К. Повышенная температура генераторного газа создает недопустимые напряжения в лопатках турбины, а пониженная температура снижает КПЛ турбины. Дублированные воспламенители обеспечивают высокотемпературный поток продуктов сгорания для воспламенения тощ~ива в каждом из ЖГГ. Указанные воспламенители работают в течение 3 с при запуске двигателя. В двигателях с дожиганнем на высококипящнх компонентах топлива для привода ТНА применяют окислнтельный ЖГГ.
Примером такого газогенератора является ЖГГ двигателя РД-253. В ЖГГ поступает примерно 75 % расхода компонентов топлива и вырабатывается газ с температурой 780 К и давлением примерно 24 МПа. ЖГГ имеет сферическую форму (рнс. 8.2) и охлаждается окислителем, Использование окислительных ЖГГ, работающих на высококипящих компонентах топлива, исключает возможность образования сажи и ее осаждения по газовому тракту, но требует подбора конструкционных материалов, которые должны надежно (без возгорания) работать при контакте с продуктами сгорания высокого давления, содержащими избьпок окислителя. В ряде перспективных кислородно-углеводородных двигателей с дожиганием для РН целесообразно одновременно использовать восстановительный и окислительный ЖГГ.
Использование двух ЖГГ в таких двигателях устраняет необходимость в сложных и массивных узлах герметизации в ТНА высокого давления и в системе продувки, что снижает массу двигателя, Имеются потенциальные трудности создания как восстановительного, так и окислнтельного ЖГГ на топливе (Оз)ж + УВГ (углеводородное горючее) . 142 1л Рвс. 6.2. Ж ГГ лввгателя Рд-25 3 с устаяовлеллммв яа вем яяроклалаяамв; 1, 3 — ляроклалавм; 2 — смесктельвая головка горючего; 4 — смесвтельлая головка окислителя; Ок — оквслятелгс à — горючее Применение восстановительного ЖГГ приводит к низкой полноте сгорания и отложениям углерода в соплах турбины и других местах тракта турбинного газа, снижающим ее КПД. В окислительном ЖГГ требуются специальные меры по обеспечению стойкости конструкции к возгоранию в окислительной среде. В качестве примера ниже рассмотрены результаты проведенных в США испытаний модельных восстановительного и окислительного ЖГГ с давлением в нх камере сгорания 2,9...17,5 МПа и расходом компонентов топлива для ЖГГ с избытком горючего 12,6...27 кг/с при диаметре камеры сгорания 101,6 мм и дпя ЖГГ с избмтком окислителя 32...38 кг/с.
Степень неравномерности температурного поля в выходном сечении указанных ЖГГ зависела от типа смесптельной головки и от наличия или отсутствия турбулнзирующего кольца. Последнее в ЖГГ с избьпком горючего представляло собой шайбу с внутренним диаметром 76 мм, расположенную на расстоянии 127 мм от огневого днища головки. Испьгганы два типа смесительных головок восстановительных ЖГГ: с двухструйными форсунками горючего с соудареннем струй н с форсунками окислителя с несталкиванпцимися струями (указанные форсунки равномерно чередуются); отверстия форсунок выполнялнсь на злектроискровой установке; с центробежными двухкомпонентными форсунками, причем горючее и окислитель распыливалнсь во внешнем и внутреннем конусах соответственно. Без турбулнзирующего кольца меньший (в 2..3 раза) разброс температуры по сечению обеспечивали головки с центробежными форсункамн.
При наличии турбулизирующего кольца температура газа по сечению потока у обоих типов смесительных головок становилась равномерной. Разброс температуры составлял всего 2 5,5 К. Такое значительное улучшение 143 смесеобразования было достигнуто несмотря на то, что перепад давлений на турбулизнрующем кольце составил всего 1...2% давления в ЖГГ. При испытании окислительных ЖГГ, в которых использовались стенки из никеля без покрытия и с покрытием на основе двуокиси циркония, особых трудностей не возникало, но тем не менее выбор конструкцион.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
