Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 40
Текст из файла (страница 40)
1 — а' (9.16) Расчетная схема форсуночного блока обладает рядом особенностей по сравнению с однородной пластинкой, а именно: из-за неодинаковости толщнн днищ и различия свойств их материалов основная поверхность блока не совпадает со срединной; днища ослаблены отверстиями форсунок, из-за чего изгибная жесткость блока понижена.
Ослабление днищ форсунками можно учесть, вводя так называемые коэффициенты перфорации. Наиболее просто это сделать, вводя понятие приведенных модулей упру гости материалов днищ Ег =Ег ь'г' Ег =Егьа где Г„Гг — коэффициенты перфорации среднего и внутреннего днищ, пРичем ~а~ Егг Ь=1- —; Гг=1- —, Е, Е, 185 где ев — окружная относительная деформация; е„— радиальная относительная деформация.
3. Физические уравнения Рег, Р'ег — суммарная площадь отверстнй соответственно в среднем и о ог. левом днище; Гю Рг — плошади соответственного среднего и огневсга днюц. КооРДииатУ основной повеРхности зе, отсчитываемУю от наРУжнзй поверхности среднего дншца (см. рис. 9.12), можно определить из условия зв ) Езг)г = О * ° +аг гв Ег гв)г + )' Еаза = О.
и-гв-ав Интегрируя и разрешая относительно зе, получаем Е ав +Е Л» (2Н вЂ” аг) 1 ( л 2(е,», + е, «,) Зная 1 е и приведенные модули упругости, можно определить цилюшри. ческую жесткость — 1 +», И вЂ” гв 1) = — ( ) Ег ззИ1 + ) ~гзгг(г) . 1-Ф -1, И вЂ” 1 — Ь, После интегрирования н подстановки пределов получаем В = (Ег [ззе — (зе — Ьг)з) +Ег ~(Н вЂ” 14) 3(1 — я') г.
— (и-ге-»з)з]~ . (9.18) Уравнений (9.13) ...(9.16) с учетом соотношений (9.17), (9.18) доста. точно для определения прогибов и напряженно-деформированного состоя. ния форсуночного блока. Общее решение уравнения (9ЛЗ) дтв г* ю= +С, — +Сг 1пг+Сз. (9.19) 64 В 4 Здесь Сг, Сг, Сз — постоянные интегрирования, определяемые нз граничных условий. Для форсуночного блока, защемленного по контуру, используем следующие граничнме условия: 106 а а а) г=О: — =0; б)г=Я: — =О, ю=О, аг аl На рнс. 9.13 изображен характер изменения прогиба гг по осн г. Подаляя граничные условия в (9.19), получаем трн алгебраических уравнена, откуда Таким образом, получаем формулу для прогиба форсуночного блока, защемленного по контуру щ = — (яз — гз) з 640 (9.20) Используя теперь уравнения (9.14) ...(9.16), получаем формулы для окружных н радиальных напряжений в днищах форсуночного блока (для среднего днища Е = Е „для внутреннего — Е = Ез); о," = — — 1(Е' — ") +д(Ез — Зг')1 1 — и' 1677 (9.21) ов ((яз Згз) +д(яг гз)) 1 — и' 16В (9.22) На рнс.
9.14 даны в безразмерном виде зпюры напряжений, возникающих в среднем и внутреннем днищах (здесыте — радиальное нлн окружное напряжение в центре, т.е. прн г = 0) . Рас. 9.13. Формы врогкбов форсуиочвого блока: а — с защсмлсвисм ао контуру; б — с шарккрвмм закреплением во контуру 187 елг ЧД' С = — —; Сг=О; Сз 80 6417 Ряс. 9.14.
Раскределсвкс ваврюа овса вдоль радвуса форсуаочкого баока, эащаалсквого во ковтуру Максимальные по абсолютному значеншо радиальные напряжения в днище возникают на периферии (г = Я), а максимальные окрулсные напра. жения — в центре (г = 0) . На значение прогибов форсуночного блока н картину распределения напряжений в нем существенное влияние оказывает условие закрепления блока на периферии. Приведенный выше анализ дан в предположении о защемленном по контуру блоке, что близко к действительности при пали.
чин жесткого силового кольца на периферии. Представляет также интерес другой крайний случай — шарнирное закрепление блока по контуру. Усло. вие, близкое к шарнирному закреплению, создается в случае соединенив форсуночного блока по периферии с тонкой оболочкой. Граничные условия при шарннрном закреплении блока следующие: ан г =0: — =0; г=Я; ю=О; М,=О, ат где М, — погонный изгибающий момент, действующий в окружных сечениях. На рис. 9.13, б показан характер изменения прогиба н вдоль осн г.
При условии шарнирного закрепления 5+с ю = — (я -гз) ( — А — гз). (9.23) 640 1+с Сравнивая со слуием защемлення по контуру, нетрудно увидеть, что максимальное значение прогиба (при д = 0,3) возрастает примерно в 4 раза. На рис. 9.15 приводится распределение напряжений при шарнирном закреплении блока. Максимальное напряжение получается в центре блока.
Оно оказывается значительно больше максимального напряжения при за. щемлении по контуру. Как видим, шарнирное опирание приводит к уменьшению жесткости и менее выгодному распределению напряжений в форсу. ночном блоке по сравнению с защемлением по контуру. Формулы для температурных напряжений в среднем и внутреннем днищах дадим без вывода (при шарнирном опираннн); 1 Е; о = о = (3 — 21)А — — — зВ, и' Сс 1 — л ! (9.24) где 1 — иццекс днища (ю' = 1 — среднее днище, а ю' = 2 — внутреннее),А н В— Рнс. 9.15. Раснределснае нанрлнсння адоль радиуса форсуночного блока, шарнлрно закреа.
ленного но контуру 188 „омплексы, включающие геометрические параметры форсуночного блока я свойства материалов, аг,— аг ЕЛЕ,Л А— 1 — и Е,Л, +Е,Л, 1 1 Е,Л,а, г, (Н-т, — — Л,) — Е,Л,а, г, (г, — — Л, ) 1 1 Е~Лв (г', — тввв+ Л~) +ЕъЛз 1(Н вЂ” зв) ~ — (Н вЂ” т~)Л, + — Л,1 Здесь а„аг — коэффициенты линейного расширения и средние температуРы материалов соответственно среднего и внутреннего днищ.
Условие прочности форсуночного блока записывается следующим образом: Ов! авг л, = — ~л)у, лг = — ~ лж, а ° где о,, овг — пределы прочности соответственно среднего и огневого днищ; оы, о; — интенсивность напряженного состояния материалов соответственно среднего и внутреннего днищ, вычисляемая по формуле о,' +се — о,ое Проверку условий прочности форсуночного блока необходимо проводить для максимальных значений интенсивности напряжений среднего и внутреннего днищ. ПРОЧНОСТЬ НАРУЖНОГО ДНИЩА Наружное днище смесительной головки подвержено действию давления жидкости, а в случае двигателя с дожиганием генераторного газа — давления газа, Таким образом, его можно рассматривать как днище сосуда, находящегося под внутренним давлением.
При проектировании наружного длил» необходимо обеспечить его высокую прочность и жесткость при ограниченной массе и габаритных Размерах. В этой связи рациональной является оболочковая конструкция наружного днища, в которой на достаточном удалении от заделки реализуется безмоментное напряженное состояние. В практике проектирования камер и газогенераторов ЖРД применяется ограниченное число форм наружных днищ — как правило, это эллиптические, полусферические и щросферические днища (рис. 9.16) . Для расчета таких днищ обычно используют полуэмпирические формулы, выработанные на основании опыта эксплуатации и производства. Ниже приводятся расчетные формулы, !89 Рис.
9.16. Расчетиые схемы иаружиых липин а — эллиптическое; П вЂ” полусферическое; е — тороеферическое где л — коэффициент запаса прочности; ов — предел прочности материала днюца; Ьо — коэффициент, учитывающий ослабление днища отверстием Ьотв 1 го/)1. Полусферическое днище (рис. 9.16, б) . Толщина стенки рл ов г — а„, — О,тр (9.26) Торосферическое днище (рис. 9.16, в) . Толщина стенки рл Ь= Ь ов т 2 — а — 0,2р л отв (9.27) здесь Ь вЂ” коэффициент, учитывающий ослабление оболочки в месте сопряжейия, 1 Лсф Ь = — (З+ч/ — ).
т т Значения л и Ь в формулах (9.26) и (9.27) имеют тот же смысл, что и в (9.25) . 190 позволяющие определить толщину стенки в днищах основных конструктив. ных форм. Данные формулы дают приемлемую для инженерных расчетов точность при условии, что между толщиной стенки днища Ь и его характер. ным радиусом Я выполняется соотношение Ь/Я < 0,2. Эллиптическое дпюце (рис. 9.16, а) .
Днище можно рассматривать как безмоментную оболочку при условии, что выполняется соотношение Ь/А > 0,4. В этом случае толщина стенки Ь= 2рк и (9.25) ов Ь 4 — а — р отв Вопросы для самопроверки 1. Какие основные режимы работы камеры рассматриваются прн ее расчете на очность и какие нагрузки соответстяузОТ каждому |О зтнх ранимое? 1 Перечеркните основные допущения прн расчете связанных оболочек камеры на ебщУю несущУю способность. 3. Каковы особенности расчетных схем псдкрепленнмх оболо юк, а также связананх оболочек с редкими и частмми связямн прн их расчете на местную про еюсть? 4. Как условия закрепления форсуночного блока влияют на распределение в нем окружных й радиальных напражения? Глава 1О ТУРБОНАСОСНЫИ АГРЕГАТ 10.1.ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К НАСОСНЫМ АГРЕГАТАМ В ЖРД широко применяется система подачи топлива с ТНА, который включает в себя насосы (один и более), подающие компоненты топлива с заданными параметрами (объемный Р ипи массовый?л расходы и давление р х), и привод насосов — газовую турбину, Не останавливаясь на требованиях к параметрам турбины н насосов, рассматриваемых в учебниках по теории агрегатов питания ЖРД, укажем, что возрастание параметров двигателя и ТНА, повышение их КПД увеличивает удельный импульс тяги двигателя, снижают удельную массу как ТНА, гас и ДУ в целом.
Улучшение параметров и конструкций ТНА проводится путем глубокой исследовательской, конструкторской, технологической проработки с учетом применения новых высококачественных материалов. Предъявляемые к ТНА требования формулируются исходя цз задач, решаемых ДУ, в которую он входит как составная часть, и компонуется в единый блок. Таким образом, общие требования к ДУ в полной мере относятся и к ТНА с конкретизацией общих и специальных требований. Кроме того, к ТНА предъявляется ряд обязательных требований: обеспечение работоспособности и основных параметров при заданном ресурсе с необходиммми возможными паузами установленной продолжительности и многократным запуском; обеспечение на всех режимах работы двигателя подачи компонентов топлива требуемого расхода и давления при высокой степени надежности с приемлемым КПД всего агрегата и минимальной стоимости изготовления; обеспечение минимальных размеров и массы всей ДУ за счет наименьших габаритных размеров и массы самого ТНА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
