Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 89
Текст из файла (страница 89)
е. Пж = 0 023 (Р®')" (й'((гд) (Тст ж — Тж) и используя равенство ргн = нтl(, можно получить следующее соотношение для определения необходимого проходного сечения охлаждающего тракта в (-м сечении КС или сопла: ~ю = ш ((О 023К (Т ж Тж) т1р (1 + Л !0г)! ~(демаг' )~ Здесь комплекс К =- (Ср'~Ув)/)хо 4, являющийся функцией температуры жидкости, определяется в соответствии с ее значением Тж,. * Этот расчет выполняется только при проектировании, когда надо получить данные по сечениям охлаждающего тракта, по которым затем окончательно разрабатывается конструкция камеры.
447 После определения проходных сечений охлаждающего тракта с учетом технологических и конструктивных требований производят проектирование тракта — устанавливают зазоры, форму и конструкцию ребер связей, толщины стенок и другое в каждом сечении камеры сгорания н сопла.
После окончательной разработки конструкции охлаждающего тракта переходят к следующему этапу. Определение коэффициента теплоотдачи и, коэффициента эфорективности оребрения т)р и скорости течения жидкости п> . Проведем вычисления для каждого 1-го сечения в следующем порядке: а) определяем плотность тока (ргн) = т//; б) комплекс теплофизических параметров К = (С~р'~)Р в)/)во о; в) коэффициент теплоотдачи 0 028 ( )17 о,вК/ /ол) г) используя соотношение для ребра и эквивалентного ребра, произведение (р/г)рд — — (Ь ), 2о~/()8) )р, ° ,' д) коэффициент эффективноати оребрения по (12.37) = 1+ — — ~2 — ср — — ~; Г йа 1Ь(зй)р в 1. соз р ~ 1 (яй)о е) скорость течения охлаждающей жидкости в сечении тракта 'йт = (рЯ7)/р, плотность жидкости рж находят в соответствии с ее температурой Т, Определение действительных знйчений тепловых потоков и темпейтатуры стенки, Расчет сводится к тому, чтобы найти условие, при котором тепловой поток, попадающий на стенку со стороны газов, будет равен тепловому потоку, воспринимаемому жидкостью при заданных гидродинамических условиях течения жидкости.
При неизменном режиме работы двигателя конвективный тепловой поток, попадающий на стенку со стороны газов, зависит от темпера"туры стенки, поэтому можно написать следующее соотношение: Чк/Чк тосе = (Тот Тот г)/(Тот 000) ' где Чкпм — конвективный тепловой поток, вычисленный пРи температуре стенки Т„, = 1000 К. На практике обычно задаются несколькими температурами стенки со стороны газа: Т,, = 1400; 1200; 800 К. По этим данным вычисляют отношение тепловых потоков, т, е. Чк аоо/Чк мсо ° Чк ьчоо/Чк хооо ° Чк1ооо/Чк тооо и затем стРоЯт гРафик зависимости Чк/Чк„®, — — г(Т„г), как показано на рис. 12.27.
С другой стороны, при данных ако Т . можно написать следующее р авенство: Ч„'+Ч,=(т„г — Т )/(й /).+1/( Ч )) где Ч, — конвективный тепловой поток, который может быть пропущен в стенку. Отнесем это равенство к конвективному тепловому потоку, рассчитанному при Т „ = 1000 К: Чк Чк восо ° Чк ыос ~ Вот/1 + 1/(сжар) Ик/Чкйосс = ~ (Тот.г) ' ( Чк/Чк восо)7' Т (Чк/Чк хооо) ст.г ж В первом приближении следует принимать для Т значения температур, полученных при расчете температуры нагрева жидкости. Таким образом, для каждого участка, на которые разбили КС и сопло, на график (см. рис.
12.27) наносится прямая линия, изображающая зависимость Ч„/Чкнм, — — г(Тот,г) при принятом выше значении распределения Т . Очевидно, что в точке пересечения, где имеет место равенство Чк/Чк хооо = Ч„'/Чк хооо. получают действительное значение конвективного теплового потока Чк = ( Чк/Чк хооо) Чк восо и одновременно значение температуры «горячей» поверхности стенки Тот.г. По этой формуле, задаваясь значениями Т„г и вычисляя по формулам (11.107) величину аж на данном участке, можно построить зависимость вида Поскольку эта зависимость является линейной, то достаточно вычислить две точки и провести между ними прямую.
Удобно для одной из точек условно брать значение Т,„,, = Тж, тогда Рас. 12.27. Вспомогательный график к опРеделенню дейстантельных значений Чк и Тстж 448 15 †!442 449 Решение также можно выполнить аналитически, определив точ- ку пересечения двух прямых: Гасl(тот — !000) + Токl(Сот)о + П(слохр)1»к паа+ тл)рк оооо (Дт от (000) + П(ьст)( + П(солар)1 ок оооо Затем определяют действительное значение суммарного теплового потока При~желании получить более точный расчет можно рассчитать снова распределение температуры жидкости исходя из полученных выше тепловых потоков и дальше по этому пункту определить новые значения о), Т„,„Т„, . Все полученные данные заносятся в расчетную таблицу.
Если добились того, что температура стенки со стороны жидкости нигде не превышает допустимые температуры перегрева стенки, то можно считать, что КС имеет вполне надежное охлаждение. Определение температуры поверхности стенки со стороны жидкости. Для определения Т„используем уравнение теплопроводности для твердой стенки аотг = » (Тот.г Тст.ок))5ст о которое для стенки толщиной 6 может быть записано в следующем виде: пературу перегрева, то необходимо принять меры к ее снижению. Для этого следует либо уменьшить тепловые потоки (например, усилив внутреннее охлаждение), либо соответствующим образом подобрать материал и толщину стенки. В тех случаях, когда изменяется тепловой поток, расчет необходимо проделать заново. Таким образом, надо добиться, чтобы температура стенки со стороны жидкости не превышала допустимой температуры перегрева для данной жидкости.
Определение гидравлического сопротивления охлаждающего тракта. Сопротивление складывается из трения и местных сопротивлений, возникающих при обтекании различных выступов в потоке элементов, а также различных резких изменений и режима течения в тракте. Расчет ведется по общепринятым в гидравлике методикам. Рассчитываем температуру по сечениям, на которые разбили КС. При этом необходимо учитывать зависимость коэффициента теплопроводности материала стенки )о от температуры стенки. За определяющую температуру стенки следует брать среднюю между температурами горячей и холодной поверхностей. Полученные значения температуры Т„вписывают в соответствующую графу расчетной таблицы.
Для надежного охлаждения КС требуется, чтобы на стенке со стороны жидкости не образовалось зон с устойчивым кипением или разложением охладителя. Допустимая температура стенки со стороны жидкости зависит как от физических свойств самой жидкости, так и от гидродинамических параметров течения — скорости движения, типа и характера охлаждающего тракта, материала стенки и т.
д. Ориентировочно можно считать, что для надежного охлаждения требуется, чтобы температура стенки не превышала температуры кипения жидкостей больше чем на 100 †1'. Что касается допустимой температуры стенки в случае, если охладитель разлагается (например, перекись водорода, гидразин и т. д.), то к назначению допустимых температур перегрева стенки надо подходить очень осторожно, используя соответствующие экспериментальные данные.
Если в результате расчета окажется, что имеются участки, где температура стенки со стороны жидкости превышает допустимую 'тем- 450 15» ГЛАВА 13 ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Продукты газогенерации используют для вытеснения компонентов жидкого топлива из топливных баков при использовании ВПТ, наддува топливных баков при насосной системе подачи топлива, привода ТНА или вспомогательных агрегатов и некоторых других целей. В ВПТ для получения газа, необходимого для вытеснения топлива, используют аккумуляторы сжатого газа (АСГ), ЖГГ и ТГГ различных типов. Классификация источников газа приведена на рис. 13.1.
Работа камеры ЖРД обеспечивается пневмогидравлической системой (ПГС) двигательной установки. Под ПГС понимается совокупность пневмогидравлических устройств и магистралей, обеспечивающих хранение топливных компонентов и газа на борту ЛА, их подачу во время работы двигателя под определенным давлением н с определенным расходом в КС и ГГ двигателя, запуск и останов двигателя, а также выполнение некоторых других операций, определяемых назначением и спецификой эксплуатации ЛА. В свою очередь ПГС состоит из ряда систем, среди которых по функциональному назначению можно выделить следующие основные системы: подачи топлива, наддува топливных баков, запуска, астапова, регулирования н некоторые вспомогательные — заправки, блокировки, продувки, аварийного слива и др. Все системы в той или иной степени функционально и конструктивно взаимосвязаны.
Однако для более четкого определения их особенностей представляется целесообразным рассмотреть их раздельно. й 13.1. СИСТЕМЫ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ЖРД применяются вытеснительная и насосная системы подачи топлива. Вытеснительная подача топлива (ВПТ) обеспечивает подачу компонентов топлива в КС или ГГ путем вытеснения его под действием газа, подаваемого в топливные баки. Газ, необходимый для работы ВПТ, может быть либо заранее запасен на борту ЛА в аккумуляторе сжатого газа (АСГ) (такие системы ВПТ называются системами с АСГ), либо генерироваться во время работы ЖРД в газогенераторах из жидких или твердых исходных веществ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
