Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 34
Текст из файла (страница 34)
8.7. Основной ЖРД ступени разведения МБР М-Х: 1 — смсситепы~ая головка; 2 — корпус камеры; 3 — ксвпаровый корпус сопла; 4— слой абпяционного матернапа низкой плотности на внутреннеа поверхности сопла", 5 — гибкое соединение; 6 — карданный водвес; 7 — слой абпяционного матернапа на внутренней поверхности камеры сгорания; 8 — главные клапаны окислителя н горючею !56 ,ебует покрытия. В качестве абляционного материала используется, в частности, материал на основе фенольной смолы и двуокиси кремния. Лучистое охлаждение обеспечивает простоту конструкции и относи. ~ельно малую массу камеры ЖРДМТ по сравнению с абляциониь1м охлаждением, особенно при большом времени работы двигателя.
При лучистом охлаждении создается большой тепловой поток в окружающую среду. Это может вызвать повреждения соседних элементов конструкции ЛА, поэтому желательно открытое размещение камеры, а не внутри отсека ЛА. Для камер с лучистым охлаждением характерна высокая температура стенок камеры, что обусловливает необходимость приыенения тугоплавких металлов (молибдена, вольфрама, тантала и ниобия) и сплавов на их основе. )(арактеристики и срок службы камер с лучистым охлаждением определяются выбранными жаропрочными и тугоплавкими металлами и покрытиями, предотвращающими окисление жаропрочиых и тугоплавких металлов при повышенных температурах.
При этом покрытия должны обладать достаточно высокой адгезией. Ограничения температуры стенок достигают также путем подбора соответствующей комбинации смесительной головки и конфигурации камеры сгорания. Камеру ЖРДМТ МА-109 КК "Аполлон" тягой 441 Н изготавливали из ниобия с силицидным покрытием. На горловину сопла наносили покрытие из днсилицида молибдена. Для аналогичных камер примеиялн молиб.
деновый сплав, содержащий добавки Т1 и Уг, или молибден с покрытием из дисилицида молибдена Мо бйз. Для изготовления сопловых насадков, использующих лучистое охлаждение, также применяют тугоплавкие н жаропрочные металлы. Сопло камеры ЖРДМТ КА "Маринер-9" изготовлялн из жаропрочной стали с присадками кобзльта, такое сопло во время работы нагревалось докрасна (до температуры примерно 1375 К) . Кроме малой химической стойкости к продуктам сгорания тугоплавкие металлы являются дорогими материалами, а изготовление из них камер отличается сложностью вследствие хрупкости указанных металлов. Разработка стойких к окислению покрытий тугоплавких металлов с большим ресурсом представляет собой определенные трудности.
В некоторых случаях покрытие не только защищает поверхность стенки от окисления, но и увеличивает ее излучательиую способность, что обусловливает дополнительное снижение температуры стенки. Такими свойствами обладает, в частности, слой окиси алюминия, нанесенный на поверхность стенки из никелевого сплава. Для создания пленочного охлаждения стенок камеры сгорания и сопла на периферии головки камеры размещают форсунки, создающие пристеиочный слой с избытком окислителя или горючего (последнее применяют чаще), Например, в головке камеры Жрд К 4П-11 наряду с восемью двух- струйными форсунками со сталкивающимися струями окислителя и горючего имеются 16 форсунок для обеспечения пленочного охлаждения. 157 Пленочное охлаждение окислнтелем использовалось, как указано выше, для стенок цилиндрической части камеры сгорания ЖРД тягой 10 и 400 Н ИСЗ "Симфония" н используется для стенок камеры вспомо.
гательных ЖРД МБР Минитмен П!", для чего тратится горючее (примерно 13 % общего расхода) . Стенки последней (а также ее смеснтельную голов. ку) изготавливают нз ниобиевого сплава ЯСЬ-291. Выбор этого сплава обусловлен его инертностью по отношению к азотной кислоте, которая мо. жет образовываться при длительном хранении четырехокиси азота. Камеры с пленочным охлаждением выдерживают высокие эначениа поверхностной плотности теплового потока и обладают минимальными зна.
чениями указанной плотности в окружающую среду. Для таких камер характерны потери, вызванные снижением эффективности горения в прн. стеночном слое. Пленочное охлаждение часто применяют в комбинации с лучистым, при этом камеру изготавливают также из тугоплавких металлов. Например, у камерм с пленочным охлаждением, выполненной из ннобня, допустнмаа температура стенок составляет 2030 К. Специфичное охлаждение применялось для камеры ЖРД КЯ-2101С КА "Викшп-75". Горючее распылялось на внутренней поверхности стенок сужающейся части сопла, испарялось, отбирая тепловые потоки, распро. страняющиеся по стенке из указанной части сопла к цилиндрической части камеры.
Это распространение обеспечивалось тем, что камеру сгорания изготавливали из бернллия, обладающего очень высокой теплопровод. постыл. В цилиндрической части камеры теплота поглощается испаряющейся пленочной завесой, подаваемой в нее со стороны сужающейся части сопла. Такое охлаждение называют внутренним регенеративным охлаждением. Комбинация внутреннего н лучэктого охлаждения применена в камере вспомогательного двигателя ДУ реактивной системы улравлення МТКК "Спейс шатт", при этом у стенки камеры сгорания и сопла создается слой продуктов сгорания с избытком горючего.
Это осуществляется изменением угла впрыска части горючего, идущего на пленочное охлаждение. Более крутой угол улучшает охлаждение в зоне стыка распылнтельной головки и камеры сгорания, что приводит к уменьшению температуры головки при цикле работы двигателя. Слой термоизоляционного материала с низкой теплопроводностью может работать при температуре стенок камеры сгорания 1700 К. При максимальной температуре стенки в минимальном сечении сопла 1285 К обеспечивается ресурс камеры 7,2 10' с. Максимальное время непрерывной работы составляет 125 с. Максимальная температура стенок камеры ЖРДМТ К-40А, К-40-11, К-1Е-З, к-6С и К-6В относительно невысокая (в диапазоне 1313...1563 К) .
Зто позволяет обеспечить достаточные запасы прочности при изготовлении стенок камеры сгорания н сопла из сплавов ниобия и титана, В камере ЖРДМТ ДУ ВБРЕ, обеспечивающей маневрирование головной части МБР "Минитмен 1П", головку, камеру сгорания н сопло изготавливают также нз ннобия (расчетная температура камеры 2030 К) . 158 В ряде камер используют покрьпие 8-512А, наносимое методом наллавления, Оно рассчитано на максимальные температуры 1800...1920 К.
11окрытне К-512А представляет собой специальный стеклообразный шеро„„ватый силицидный материал лля зашиты от окисления и обеспечения „здолжнтельного срока службы. Толшнна наносимого покрьпия — примерно 75...125 мкм; укаэанную толщину и однородность покрьпия необ„димо после нанесения измерять с помощью специального датчика (в частности, на вихревьлс точках) .
Сочетание ниобиевого сплава С-103 и покрытия К-512А на внешней „внутренней поверхностях камеры основного и вспомогательного двига- сля ДУ реактивной системы управления МТКК "Спейс шаттл" (к 10А и 8.18.3) обеспечивает большой запас по ресурсу и надежность для полета МТКК, а также повышенную пластичность во всем диапазоне температур во время полета Внешнюю поверхность камер ЖРД к а0А и К-1Е-3 покрывают термоизоляцней из материала дайнафлекс плотностью 400 кг/мэ, помешенной внутри титанового корпуса. Указанные ЖРД размешены внутри фюзеляжа МТКК "Спейс шаттл", и термоизоляция предохраняет внутренние элементы конструкции корабля от чрезмерного нагрева из-за лучистых тепловых потоков, так как она поддерживает температуру внешней поверхности камеры не более 450 К при любых условиях работы на земле и в пустоте, Для обеспечения температуры камеры вспомогательного ЖРД лунного КА "Сервейер" между циклами оаботы в диапазоне -17...к 37 С на б(шьшую часть внешней поверхности камеры наносили покрытие золотом.
На рис. 8.8 показан ЖРД апогейной ДУ ИСЗ "Лисат", камера которого имеет лучистое охлаждение. 1'не. 8.8. ЖРД ало гейаой Ду ИС1 "Лвсаг": 1 — блок клапанов горючего; 2 — камера сгоранвл; 3 — уэсл крелленнл соллового линяла; 4 — солловой насалок; 5 — вослламеннтслгл 6 блок клапанов окислителя 159 Комбинация внутреннего и лучистого охлаждения применена в ЖРД К-40.
Часть горючего в избыточном количестве поступает в пристеночный слой, что также улучшает охлаждение в зоне раздела смесительной головки и камеры сгорания. Минимальная температура стенок камеры сгорания при непрерывном режиме работы составляет 1300 К. Весьма эффективно комбинированное (регенеративное, внутреннее и лучистое) охлаждение камер ЖРД ИСЗ "Симфония" тягой 10 и 400 Н Особенность охлаждения укаэанных камер состоит в том, что в камере тягой 400 Н регенеративное охлаждение горючим применено для области горловины сопла, а в камере тягой 10 Н вЂ” для нижней части камеры сгорания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
