Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 37
Текст из файла (страница 37)
1бб Вол?эосы для самопроверки 1. Чем отли ихлсх восстановительные ЖГГ двигателей от окисяительиых? 2.Какие проблемы решаются пря разработке восстановительных и окислительных ЖГГ двигателей? Э. Чем отличаются по конструкции и распрецелеяяю температуры по плане двухзонаые и оццозояные ЖГГ цвигателей? 4.
Назовите типы катализаторов, применяемых цля разложения жилках компонентов топлива. 5. Какие особенности характерны ала конструкции головки камеры однокомпоаентцы х ЖРДМТ? 6, Чем каталитическое разложение отличается от термического? ?.Какие трулноста применения регенеративного охлаждения характерны длх камер ЖРДМТ? 8, Назовите достоинства а ограяачеаяя применения аблхциоцяого и лучистого охлажцениа кхмер ЖРДМТ.
9, Неречасляте особенности кояструкцяи, характерные цлх камер ЖРДМТ с пленочным охлаждением? !О.Какие виды комбанцроваяяого охлаждения примеяяют в камерах ЖРДМТ? 11. Назовите вицы головок, применяемых в камерах ЖРДМТ. 12.Какие характерные особенности можяо привести для пакетов катализатора камер ЖРДМТ? 13.С какой целью применяется термоазоляцая то?пивного клапана от головки камеры ЖРДМТ и как она обеспечивается? 14. Чем ограничивается ресурс оциокомпонецтных ЖРДМТ? 15. С какой целью применяется зяектроцодогрев продуктов разложения ЖРДМТ а как оя обеспечивается? Глава 9 ПРОЧНОСТЬ КАМЕРЫ И ГАЗОГЕНЕРАТОРА 9.1.
РЕЖИМЪ| РАБОТЫ И НАГРУЗКИ Камера и газогенератор ЖРД представляют собой паяно-сварные конструкции, элементы которых подвержены воздействию механических и тепловых нагрузок, причем их конкретное сочетание, интенсивность и характер изменения во времени зависят от режима работы, При анализе прочности конструкции основными рассматриваются следующие режимы; гидроиспытания, рабочий режим, режим запуска и режим останова. В зависимости от изменения нагрузок, приложенных к камере и газогенератору, во времени их можно разделить на статические, квазистатические и динамические. Статические нагрузки практически не зависят от времени и соответствуют установившимся (стационарным) режимам работы двигателя, таким как рабочий режим и гндроиспытания. 1б7 Квазистагические нагрузки изменяются по времени, однако существенным для проведения конструкции является не скорость изменения таких нагрузок, а их интенсивность, поэтому в каждый отдельный промежуток времени их можно рассматривать как статические нагрузки.
Для динамических нагрузок существенным является не только их интенсивность, но и скорость изменения по времени. К их числу относятся быстропеременные нагрузки (например, гидравлический или тепловой удар) и периодические нагрузки (например, колебания давления газов в камере сгорания около его среднего значения). Динамические нагрузки имеют место как на режимах запуска и останова, так и на установившемся режиме двигателя. В связи с тем, что по силовым схемам и конструктивно-технологическому выполнению современные камеры и газогенераторы отличаются мало, для их прочностных расчетов используются одни и те же методики.
Поэтому в дальнейшем будем рассматривать вопросы прочности применительно к камере, имея при этом в виду, что сказанное можно в значительной мере отнести и к газогенератору. Рассмотрим особенности натруженна камеры на различных режимах ее работы. Режим гидроислыгаяий камеры осуществляется с целью технологического контроля качества изготовления (пайки и сварки) как секций камеры, так и камеры в целом При гидроиспытаниях секции камеры (рис. 9.1, а) ее рабочая полость опрессовывается давлением жидкости рг которое превышает максимальное давление хощкости на рабочем режиме Рг о = (Рк + ~арф + Гьрм р)аз где рк — максимальное цавление в камере сгорания на рабочем режиме; Ьрф — перепад давлений на форсунках; Ьрм р — гидравлические потери давления в межрубашечном тракте на рабочем режиме; из — коэффициент, Рп Рис.
9.1. Схемы нвгруженни камеры прн гндроопреесонке: а — гидроопрессовкв секции; б — гидроопрвссовка камеры 168 учитывающий неэквивалентность нагружения оболочек на режиме гидроопрессовки по сравнению с рабочим режимом (из = 1,3., 1,5), При гидроиспьыаниях камеры в целом (см, рис. 93, б) жидкостные и газовая полости камеры опрессовываются давлением жидкости на атециальном стапеле. Герметизация полостей камеры осуществляется специальным грибком по некоторому сечению с радиусом г, . Это сечение выбирается таким образом, чтобы сила Р„„, действующая на узлы крецленин камеры, удовлетворяла равенствам; рг.о Р =Р— ' г.о рк Рг.о Рг.о Яг ср ' Р откуда г, = ( — ) оз при Режим гидроиспытаний характеризуется отсутствием нагрева деталей корпуса и головки камеры, а также постоянством давления опрессовки как по длине тракта, так и по времени испытаний, т.е.
камера подвергается воздействию статических механических нагрузок. Для рабочего режима характерно сочетание механических нагрузок (давление газов, давление рабочих жидкостей, тяга) с высоким уровнем температурного воздействия на элементы конструкции камеры, При анализе прочности корпуса камеры выбираются параметры, соответствующие форсированному рабочему режиму, т.е. учитывается форсирование как по давлению газов в камере сгорания рк, так и по температуре газов т„. Характер изменения по длине корпуса камеры статических нагрузок, таких как давление газов р„, давление охлаждающей жидкости в межрубашечном пространстве р., температура газов Г„и средняя температура внутренней оболочки г ', показан на рис.
92. Со стороны рабочего пространства на оболочку действует давление газов, которое значительно меняется по длине камеры, Наибольшее давление имеет место в камере сгорания, где его значение может достигать нескольких десятков мегапаскалей. Далее по длине камеры давление падает, составляя в критическом сечении примерно половину давления в камере сгорании, а на выходе из сопла — от 0,1 до 0,001 МПа.
Давление охлаждающей жицкости Рж в межрубашечном пространстве во всех сечениях камеры больше давления газов. Особенно большой перепад давлений ЬР ж = Рж — Р г имеет место в сечении сопла, где Расположен подводящий коллектор, а его минимальное значение — в зоне сопряжения корпуса камеры с головкой, На рабочем режиме элементы камеры подвержены также интенсивному температурному воздействию со стороны газов.
Особенно велика температура газов в конце камеры сгорания, где она составляет 3000...3500 С, и к срезу сопла ее значение уменьшается до 169 9.2, ОБ1цАЯ СХЕМА И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА КАМЕРЫ НА ПРОЧНОСТЬ рнс. 9.2. рвспределенне нагрузок по длине камеры нв рабочем резюме: 1 — полость первого компонента; 1! — полость второго компонента 1300...1800 'С, Температура внутренней оболоаси корпуса, соприкасающейся с газами, вследствие внутреннего охлаждения и теплопередачи в охлаждающую жидкость оказывается значительно меньшей, чем температура газов„тем не менее она настолько велика, особенно в районе критического сечения камеры, что резко снижает механические свойства материала оболочки.
Режим запуска характеризуется нарастанием по времени давления газов рг в камере и давления р в тракте охлаждения, характер изменения которых зависит от схемы запуска, а также так называемым тепловым ударом, при котором в короткий промежуток времени происходит резкоее повышение температуры элементов конструкции, омываемых горячим газом.
Режим осталова характеризуется отсутствием давления газов в камере н наличием давления жидкости в охлаждающем тракте при сохранении высокой температуры "огневых" элементов камеры. В ряде случаев, в зависимости от схемы двигателя и условий запуска и останова, эти режимы могут оказываться более ответственными в прочностном отношении по сравнению с рабочим форсированным режимом. Так, например, режим запуска может сопровождаться большой кратковременной перегрузкой камеры по давлению газов, а режим останова — гидравлическим ударом в охлаждающем тракте при наличии высокой температуры внутренней оболочки.
170 В настоящее время в практике двигателестроения применяются главным образом конструкции камер со связанными оболочками и плоскими внутренними и средними днищами. Наиболее нагруженными элементами конструкции таких камер являются: а) в конструкции корпуса: связанные оболочки камеры сгорания; элементы внутренней оболочки между двумя соседними связями; связи оболочек; узлы крепления камеры; подводящие трубопроводы и коллекторы; б) в конструкции смесительной головки: форсуночный блок; наружное днище или газовод. При расчете камеры на прочность наиболее трудным является расчет элементов, подверженных высокому температурному возцействию, к числу которых, в первую очередь, относятся связанные оболочки камеры. Оценка их прочности по напряжениям непригодна, особенно в предположении об упругой работе материала конструкции.
Простейшие расчеты показывают, что вследствие одного только температурного воздействия на внутреннюю оболочку в ней возникают напряжения, заметно превышающие предел упругости. Поэтому приходится рассчитывать оболочки в области пластических деформаций. Другой особенностью расчета элементов, на которые действуют одновременно силовые и температурные факторы, является то, что на основе анализа лишь напряженного состояния нельзя дать объективную оценку их прочности. Для конструктора важнее, чтобы в течение времени работы камеры оболочки сохранили свои размеры в заданных пределах, при которых не нарушается режим ее работы. Таким образом, приобретает значение оценка общей несущей способности конструкции, оценка ее пригодности по величине перемещений и расчет па допускаемым перемещениям при учете пластических деформаций оболочек. С другой стороны, при анализе прочности элементов внутренней оболочки и связей объективная оценка прочности может быть получена при учете лишь местных силовых напряжений (вследствие перепада давлений бр „), в то время как температурное воздействие учитывается лишь как фактор, снижающий прочность конструкционного материала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
