Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 41
Текст из файла (страница 41)
8.!6, б), что ведет к Рис. 8.16. Схема течения жидкости во вход ных каналах На рис. 8.14, а даны за-,и „/п„э висимости угла распылива- е иия и коэффициента расхода от отношения длины сопла 1, к его диаметру а„ при неиз- Га менной А ж 4,45. В качестве а!6 жидкости использовался керосин. Экспериментальное 00 значение Рф. и а, нежно ' 0 40 00 !20 !60йгрпд соответствейно к 1хф и а, рассчитанных по теории идеальной форсунки.
Следует отметить, что влияние 1,Ис проявляется тем сильнее, чем больше А и меньше це, а также что при больших 1с/с(с нарушается однозначная связь между коэффициентом расхода и углом распыливания. Гидравлический коэффициент расхода сильно зависит от формы входа в сопла. Он меньше единицы в основном за счет сужения струи в сопле. В центробежной форсунке этот эффект проявляется слабее, так как под действием центробежных сил жидкость отбрасывается к стенкам сопла. Ввиду того что ускорения жидкости конечны при обтекании острых кромок, поток и в центробежных форсунках отрывается.
На рис. 8.15 показана зависимость (э,/(эф = /(ф), построенная по данным, приведенным ниже: уменьшению момента количества движения по сравнению с расчетным. В результате коэффициент расхода увеличивается, а угол распыливания уменьшается. На рис. 8.14, б представлены зависимости )хф,/1хФ и ссв/сх от отношениЯ длины входа канала 1„к его диаметРУ х/„, из которых видно, что при 1„,Ы„~2 поток соответствует расчетной схеме и 1„/!(,„мало влияет на гидравлические характеристики. При расчете гидравлических характеристик форсунки необходимо учитывать сужение, которое может привести к увеличению входной скорости, а следовательно, к росту момента количества движения.
Если известен коэффициент сужения потока, то действительная геометрическая характеристика форсунки (по теории идеальной жидкости) Ад = йг,д/(в/,„) = А/в, (8.68) где в — коэффициент сужения струи (е ( 1). Для реальной жидкости действительная эквивалентная геометрическая характеристика с учетом сужения струи во входном канале А, д — Ад /~! + — ( — — Ад)~.
(8.69) Значение коэффициента сужения струи изменяется от е = 1 при безотрывном течении в канале до е = 0,85 —; 0,9 при резком изменении проходного сечения на входе в тангенциальный канал. Таким образом, при расчете и проектировании центробежных форсунок необходимо тщательно проанализировать влияние всех параметров форсунки и ее жидкости на основные ее гидравлические характеристики — коэффициент расхода и угол распылнвания. Следует отметить, что на гидравлические характеристики могут оказать влияние н термогазодинамические параметры камеры сгорания (например, давление).
Последнее следует учитывать при уточненных расчетах. й 87. ВЛИЯНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРСУНОК НА РАСХОД КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА Известно, какие высокие требования предъявляются к равномерности распределения топлива как по соотношению компонентов, так и по расходонапряженности в поперечном сечении КС. При этом большое значение имеет отклонение расхода компонентов топлива через форсунку от номинального. Естественно, что невозможно изготовить комплект форсунок, которые имели бы совершенно одинаковые расходы компонентов топлива.
В то же время есть вполне определенные требования по точности совпадения расходных характеристик отдельных форсунок, без которых трудно обеспечить создание камер сгорания с высокой полнотой сгорания топлива в минимальных ее объемах или обеспечить надежное внутреннее охлаждение с минимальными потерями в удельном импульсе. Возникает вопрос, с какими допусками должны быть выполнены размеры форсунок, чтобы удовлетворить требуемую точность совпадения расходных характеристик той или иной группы форсунок. !90 массовый расход топлива форсунок тФ = (хс/4) х/,(хФ )/29лРФ, в котором от точности изготовления размеров форсунок зависит произведение д,(гФ, так как (хФ вЂ” — /(А = )тгс/(лг,„)).
В связи с неодинаковыми размерами распылителя относительное изменение расхода жидкости через форсунку будет Лгла/глф = Л (х(срФ)/( г(с(вф) = Л(хэ/1хф + 2Лс/сЫ,- (8 70) Для установления связи Лгл/гл в зависимости от точности изготовления размеров форсунок выразим коэффициент расхода РФ через геометрическую характеристику. Используя формулу (8.51), в которой заменим А на 2!1,)г/(Ы„), и подставив в выражение (8.70), после несложных преобразований получим х=в 0,67 ~чР ~Ь;Р (8.72) Ая!вх !,34 = 1,33 яхф "с Из (8.72) следует важный вывод, что на изменение расхода влияет относительное изменение г(, и д, практически одинаково (чнсленные коэффициенты близки друг к другу), а относительное изменение /с" в два разя меньше (численный коэффициент в два разаменьше, чем !9! 9Р',~, ЛА„ ях!вх д/7 .д м тФ где !(с и г(„— номинальные размеры диаметров сопла и входных отверстий; Л!1, и Л;г(„— действительные отклонения для Йс и с(„; /г— номинальный размер плеча закручивания; Л,)7 — действительное отклонение для )7, вызванное сдвигом оси входного канала и его нетангенциальностью.
Из (8.?1) следует, что на относительное изменение расхода поразному влияет точность изготовления размеров г(„!(„и )7. Так, при увеличении размеров г(, и г(,„(Л!1, > О, Л!1„> О) расход увеличивается, а увеличение Я(Л!)7 > О) ведет к уменьшению расхода по сравнению с номинальным значением. Уравнение (8.71) позволяет: а) определить по заданной точности выполнения отдельных размеров форсунки (й„!1„, )г) отклонение величины расхода от номинального, б) по заданному допустимому отклонению величины расхода и допусков для выполнения двух размеров (например, г/, и с/„„) назначить допуск на третий размер (например, )т), гарантирующий заданное допустимое отклонение в величине расхода от номинального.
Весьма наглядное влияние отклонения размеров форсунки от номинальных на изменение относительного расхода показывает уравнение (8.71) при подстановке конкретной зависимости 1хФ вЂ” — 1(А). Так, в интервале 0,75( А ( 7,5 показатель степени Р = 0,67, тогда (8.71) примет внд и первых двух членах). Размеры с(, и с(„выполняются в системе от- верстия, ввиду чего отклонения Л должны быть положительными.
Для плеча закручивания Я отклонение может быть как положитель- ным, так и отрицательным, Если допуск на диаметр камеры задается в системе отверстия, то радиус камеры закручивания 1с„= )с + М + (с(„+ Лд„)12, где Л/с и Ле(„— верхние отклонения для размера плеча закручива- ния и диаметра входных отверстий. При выбранной таким образом системе допусков максимальное отклонение расхода ~ ) = 1,33 — в -1-1,34 — '" + 1,34 —, (8.73) Иф /мвх и ' и в вх где ЛЙ„Лд„, и Л)с — абсолютные значения верхних отклонений для соответствующих размеров.
Если и для плеча закручивания задаться отклонением только од- ного знака, например отрицательным, то < = 1,33 — ' + 1,34 — '* + 0,67 —. (8.74) жФ /вввх в вх л ' л Уравнения (8.73) и (8.74) позволяют определить максимально возможное отклонение расхода от номинального по заданным откло- нениям в с(„й„и 14 или по заданным отклонениям в величине расхода и в двух размерах форсунки (например, с(, и с(„) найти макси- мально допустимое отклонение в третьем размере (например, )т).
Высокие требования по уменьшению относительного отклонения раз- мера форсунки от номинального требуют изготовления их по высоко- му классу точности, что встречает определенные технологические трудности и вызывает значительный брак. Так, если потребовать, чтобы максимальное относительное отклонение (Лтф/тф)м,„(3%, то размеры Ы„с(„и )с должны быть изготовлены по первому классу точности, причем чем меньше абсолютные размеры форсунки, тем выше должна быть их точность изготовления. Следует обратить внимание, что расчет гидравлических харак- теристик форсунок, выполненных по вероятным„а не по максималь- ным значениям отклонений основных размеров форсунки, показывает, что допуски на основные размеры могут быть заданы по более низкому классу точности.
Расчеты также показывают, что для реальной жид- кости требования к точности изготовления размеров форсунок сии- >каются. 5 8.8. РАСПЫЛИВАИИЕ ТОПЛИВА Под раепыливанием топлива понимается процесс распада струи, вытекающей из форсунки, на капли и дальнейшее дробление их на более мелкие. Распадается струя под воздействием внешних и внут- 192 а) С) Ц Рис. 8.11, Схематическое иаобрахсеиие распада струи реиних сил. Внешние силы обусловлены воздействием аэродинамических сил на поверхность струи.
Величина этих сил зависит от относительной скорости движения жидкости, плотности окружающей среды, размера частиц жидкости и других факторов. К внутренним силам относятся инерционные и молекулярные силы (силы вязкости, поверхностного натяжения). При течении жидкости в струйных форсунках возникает естественная турбулентность жидкости, приводящая к периодическим колебаниям в струе с возрастающей амплитудой. В центробежной форсунке турбулентность создается закручиванием потока жидкости. Под влиянием внешних и внутренних сил на поверхности струи возникают волны малой длины; когда амплитуды этих колебаний будут нарастающими, струя теряет устойчивость и распадается на отдельные частицы.
На рис. 8.17 схематично показан процесс разрушения струи жидкости, вытекающей из струйной (а) и центробежной (б) форсунок. Распыливание топлива — важная составная часть рабочего процесса в КС. От качества распыливания топлива зависят и следующие этапы рабочего процесса в КС, такие, как смешение компонентов топлива, его испарение и сгорание. Качество распыливания определяется тонкостью и однородностью распыливания, формой и дальнобойностью факела распыленного топлива.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
