Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 28
Текст из файла (страница 28)
В чем состоят особенности пайки квмерые 5. Когда могут иаюлюоввтыж пояса завесы охлаждеюея? 6. Из каких соображений выбираются число поясов завесы н расходы через иих? 7. Какие конструкции поясов завесы распространены и в чем состоят их особенности? 8, Какие нмеютот конструктивные схемы входных коллекторов и схемы их рааюло женин? 9. В чем состоят особенности конструиния камеРы кислородноеодородных двигателей? Глава 7 КОНСТРУКЦИЯ БЛОКА СМЕСИТЕЛЬНОИ ГОЛОВКИ 7,1.КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СМЕСИТЕЛЬНОЙ ГОЛОВКИ Смесительная, или форсуночная головка является основным звеном системы смесеобразования камеры двигателя. Ее работа в значительной степени определяет полноту сгорания, устойчивость 1жбочего процесса и надежность теплозащиты стенок камеры.
Поэтому разработка конструкции смесительной головки„ее экспериментальная доводка — исключительно сложная и ответственная задача. Из технологических требований смесительную головку целесообразно 127 уууириий имгеилггяе Рме. 7.1, Смеснтельная (форсуночная) голов- ка камеры ЖРД РД-107: 1 — переднее (огневое) днище; 2 — сред- нее днище; 3 — наружное днище; 4, 5 — одно- компонезпкая и двухкомпонентнея форсун- ка; 6 — внутренние перегородки; 7 — пет- рубок Р У Х 4 Яиуиие гиитиее из тиаита евиавгдеиии проектировать и изготавливать в виде отдельного узла камеры двигателя— блока головки. Вследствие этого, во-первых, технологические режимы термической обработки головки, как, например, пайки, могут отличаться от термических режимов изготовления блока камеры сгорания и сопла.
Во-вторых, обеспечивается возможность проведения в ходе изготовления технологических испытаний на гидроустановках герметичности полостей, соответствия расходных характеристик, а также качества распыла и смешения техническим условиям до соединения головки с камерой сгорания, Схема типичного блока головки показана на рис. 7.1. Эта головка кислородно-углеводородного двигателя РД-107/108. Блок состоит из трех днищ — переднего, или огневого, среднего и наружного. Днища образуют две основные полости головки: внутреншою, в которую поступает горючее непосредственно из охлаждающего тракта, и наружную полость окислителя. К корпусу головки присоединены днища (здесь только среднее и наружное, но в других конструкциях все днища могут соединятьсн с корпусом головки); внутренние перегородки или перемычки соедгнены со средним и наружным днищами; имеется патрубок, через который подводится окислитель, и набор форсунок, соединенных с огневым и сре)шим днищами.
Благодаря соединениям форсунок и перегородок с днищами конструкция головки приобретает большую жесткость и прочность, способность выдерживать большие давления в полостях и в камере сгорания. Важными конструктивными элементами смесительной головки являются форсунки. В современных ЖРД применяются различные их виды— струйные и центробежные, жидкостные и газовые, однокомпонентные и двухкомпонентные.
Еще более разнообразны конструкции форсунок; схемы некоторых из них показаны на рис. 7.2 и 7.3. При однокомпонентных форсунках для обеспечения начального перемешивании компонентов форсунки располагаются в определенном порядке, при котором образуются так называемые смесительные элементы-ячейки. Распространенными схемами расположения форсунок являются сотовая (рис. 7.4), которая соответствует головке ЖГГ двигателя РД-216, и шахматная (рис, 7,5), соответствующая головке двигателя РД-119.
Двух- компонентные форсунки, поскольку они являются одновременно и смеси- тельными элементами, могут располагаться равномерно по концентрическим окружностям, На рнс. 7.6 это расположение соответствует головке двигателей РД-1 07/108. 128 6-Б а» жъ 7 1 Рис. 7.2. Варианты кометруктивного выполмеивя жидкоетмых форсунок н мх соединения е днищами: 1 — переднее днище; 2 — среднее днщце; 3 — двухкомпонентная струйно-струйная форсунка; 4 — однокомпонентнен центробежная форсунка е завихрителем; 5 однокомпонентная етруйно-центробежная (комбинированная) форсунка; 6 — двух- компонентная центробежная форсунка е тангенцизльными отверстиями; 7 — реаюрная втулке; и — диаметр камеры закручивания к.з Для организации низкотемпературного пристеночного слоя форсунки, расположенные на периферийной части головки, должны возле стенки создавать избыток какого-либо компонента, как правило, горючего.
Поэтому, со стороны стенки в последнем ряду при однокомпонентных форсунках устанавливаются форсунки горючего (см. рис. 7.4, 7.6). Кроме того, для обеспечения однородности пристеночного слоя по всему периметру камеры сгорания последние ряды форсунок часто располагаются по окружности. На рис. 7.5 показана схема, при которой шахматное расположение форсунок в ядре головки к периферии постепснно деформируется и переходит к их расположению на последних рядах по окружности. 5 — 1755 129 Ь гаг агаьь ьта яма» а а 5 ьж~иьчжг г ааамаа» ь 1гаь Рнс, 7.3.
Варианты конструкпьнного выполнения газожидкостиых форсунок н нх соединения с днищамиь 1 — переднее днище; 2 — среднее днище; 3 — струйно-струйная форсунка; 4 — струй- но-центробежная форсунка с тангенцнальными отлерстиямн; 5 — струйно.центробежная форсунка со щнекояым залнхрнтглем; б — дауякаскадная (комбинированная: первый каскад — газожидкостная сьруйно-струйнюь; второй каскад — жидкостная центробежная с тангенцньльнымн отеерстнямн) 1 гаа ь Фагаагаьь а1 ~' ьь Рнс. 7.4.
Сотоиое расположение форсунок: 1 — струйио-центробежная форсунка; 2, 3 — центробежные форсункн (камера днпгателя РД-21б) Рис. 7.5. В)ахматное расположение форсунок с переходом на окружностьь 1 — форсунка окислителя; 2 — офорсунка горючею !30 При изготовлении форсунок определяются их расходные характеристики, в зависимости от которых они затем разбиваются на группы. В соответствии с этими группами форсунки устанавливаются на головке. Этим самым обеспечивается соответствие характеристик смесеобразования каждой изготовленной головки ее»эталонному" образву, полученному в результате экспериментальной отработки камеры. Крепление форсунок к днищам головки наиболее часто производит- Рис. 7.б. Расположение форсунок по конценгрн- г 2 ческнм окружностям: 1 — дпухкомпопонтпая форсунка; 2 — однокомпонантная форсунка ся с помощью пайки (см. рис.
7.3). При тонких днищах гменее 3...3,5 мм) пайку дополняют предварительной развальцовкой (см. рис. 7.2), Могут применяться и резьбовые соединения. После изготовления смесительной головки и проверки ее на соответствие техническим условиям, она присоединяется к блоку камеры и затем производится окончательная сборка камеры. При проектировании смесительной головки важным решением, которое оказывает большое влияние на ее конструкцию, является распределение компонентов по полостям головки и осуществление их подвода к ним Наиболее естественным распределением компонентов является направление охлаждающего компонента, например горючего, непосредственно из охлаждающего тракта камеры во внутреннюю полость, а окислителя во внешнюю полость. В этом случае конструкция головки получается наиболее простой (см. рис.
7.1). Однако в ряде случаев, особенно при двухкомпонентных центробежных форсунках, либо из-за особенностей их гидравлических характеристик, либо для обеспечения устойчивости рабочего процесса приходится горючее из охлаждающего тракта направлять во внешнюю полость, а окислитель — во внутренньою. Это существенно усложняет конструкцию головки, так как в корпусе головки приходится устраивать перекрещивающиеся каналы. То же происходит и при необходимости вводить компонент во внутреннюю полость головки помимо охлаждающего тракта. В этом случае вокруг головки приходится устраивать специальный коллектор с соответствующими радиальными каналами в корпусе головки для прохода компонента во внутреннюьо полость, Конструкция головки усложняется также и при решении устройства пояса завесы охлаждения, встроенного в конструкцию головки, особенно если для него необходимо предусмотреть специальный коллектор или полость, Усложнение конструкции происходит и при устройстве в конструкции головки блока зажигания несамовосцламеняющихся компонентов.
В некоторых случаях головка может иметь больше двух полостей. Например, при глубоком регулировании тяги иногда используют центробежные форсунки с двумя рядами тангенциальных каналов, каждый из которых сообщается со своей независимой полостью. В этом случае головка имеет как минимум четыре полости, в которые компоненты поступают через свои патрубки, То же самое происходит, если для глубокого регулирования форсунки на головке разбиваются на группы, каждая из которых питается из своих полостей. Могут быть и другие обстоятельства, при которых число полостей в головке бывает больше двух. ' 131 1 Рлладитель 133 132 7.2.
ПРИМЕРЫ КОНСТРУКЦИЙ СМЕСИТЕЛЬНЫХ ГОЛОВОК Один из вариантов схемы конструкции головки с двухкомпонентными центробежными форсунками показана на рис. 7.7. Здесь корпус головки 3 выполнен вместе с передним огневым днищем 8. Заметим, во многих случаях огневое днище выполняется отдельно от корпуса головки. Причем при необходимости интенсификации охлаждения огневого днища, что характерно для кислородных и работающих по схеме с дожиганием двигателей, оно выполняется из теплопроводных материалов, например медных сплавов, В этом случае огневое днище соединяется со стальным корпусом головки с помощью пайки. В корпусе этой головки, как показано на рис„7.7, сделаны перекрещивающиеся каналы для охладителя — горючего из охлаждающего тракта в полость à — и подвода окислителя во внутреннюю полость.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
