Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Представляет также интерес другой крайний случай — шарнирное закрепление блока по контуру. условие, близкое к шарнирному закреплению, создается в случае соединения форсуночного блока по периферии с тонкой оболочкой. Граничные условия прн шарнирном закреплении блока сведующие: Э но г =0: — =0; г=я; !а=о; Мг=о, дг где !Нг — погонный изгибающий момент, действующий в окружных сечениях.
На рис. 9.13, б показан характер изменения прогиба !а вдоль оси г, При условии шарнирного закрепления з г 5+" ш = — (В' — гг) ( — Вз — г'). (9.23) 64О 1+ д Сравнивая со случаем защемпення 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. Максимапьное напряжение получается в центре блока. Оно оказывается значительно больше максимального напряжения при защемлении по контуру, Как видим, шарнирное опирание приводит к уменьшению жесткости и менее выгодному распределению напряжений в форсуночном блоке по сравнению с зашемпением по контуру. Формулы дпя температурных напряжений в среднем и внутреннем днищах дадим без вывода (при шарнирном опиранин); 1 Е ° и = о, = (3 — 2!)А — — — гВ, ! ы и!' (9.24) где !' — индексднища (! = 1 — среднееднище,а!'= 2 — внутреннее),А иВ— Рис.
9.15. Распределение напряженна вдоль радиуса форсуночного блока, шарнирно закрепленного по контуру 188 комппексы, включающие геометрические параметры форсуночного блока и свойства материалов, Е! а!Ео Ьо а! !! ао !о А— 1 — и Е!)о! +Еоао 1 1 Е Ьоа о !о (Н-го — — Ьо) — Еоа! а! г! (го — — 6 ! ) 1 1 Еоа! (го гоа! Ь !) Еоаг о(О оо) (О го)а!+ Ьг! Здесь а„а, — коэффициенты линейного расширения и средние температуры материалов соответственно среднего и внутреннего дниш.
Условие прочности форсуночного блока записывается следующим образом: анз из= ~ яд!, аоз ан! и! = — >пА а(! где и,, и — пределы прочности соответственно среднего н огневого дннщ; и !, п( — интенсивность напряженного состояния материалов о!' соответственно среднего и внутреннего днищ, вычисляемая по формуле и;= и'+и' — попе . Проверку условий прочности форсуночного блока необходимо проводить дпя максимальных значений интенсивности напряжений среднего и внутреннего дннщ.
ПРОЧНОСТЬ НАРУЖНОГО ДНИША Наружное днище смеситепьной головки подвержено действию давления жидкости, а в случае двигателя с дожнганием генераторного газа — давпения газа, Таким образом, его можно рассматривать как днище сосуда, находящегося под внутренним давлением, При проектировании наружного днища необходимо обеспечить его высокую прочность и жесткость при ограниченной массе и габаритных размерах. В этой связи рациональной является обопочковая конструкция наружного днища, в которой на достаточном удалении от заделки реапнзуется безмоментное напряженное состояние.
В практике проектирования камер и газогенераторов ЖРД применяется ограниченное число форм наружных днищ — как правило, зто эллиптические, полусферические и торосфернческие дншца (рис. 9.16), Для расчета таких дннщ обычно используют попуэмпирнческие формулы, выработанные на основании опыта эксплуатации и производства.
Ниже приводятся расчетные формулы, 189 Вопросы для самопроверки Глава 10 ТУРБОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ (9.26) (9.27) йсф й, = — (З+,У вЂ” ), 4 Дт Рис. 9.16. Расчетные схемы наружных днищ: а — эллиптическое; б — полуо(зерическое; в — торосферическое позволяющие определить толщину стенки в днищах основных конструктивных форм. Данные формулы дают приемлемую для инженерных расчетов точность при условии, что между толщиной стенки днища й и его характерным радиусом Я выполняется соотношением/й < 0,2. Эллиптическое днище (рис. 9.16, а) .
Днище можно рассматривать как безмоментную оболочку при условии, что выполняется соотношение Ь?Я > 0,4. В этом случае толщина стенки йм 2РЛ Л (9.25) ав Ь где и — коэффициент запаса прочности; в„— предел прочности материала днища; 1с — коэффициент, учитывающий ослабление днища отверстием йота = ' — тоЛ Полусферическое днище (рис. 9.16, б) . Толщина стенки рк аа коти О 2Р Торосферическое днище (рис.
9.16, в) . Толщина стенки рл й= йт, аа коте б 2Р здесь ят — коэффициент, учитывающий ослабление оболочки в месте сопряжения, Значения л и?с в формулах (9.26) и (9.27) имеют тот же смысл, что и в (9.25). 190 1. Какие основные режимы работы камеры рассматриваются при ее расчете на прочность и какие нагрузки соответствуют каждому ю этих режимон? 2. Перечислите основные допущения при расчете связанных оболочек камеры не общую несущую способность. 3.
Каковы особенности расчетных схем подкрепленных оболочек, а также связанных оболочек с редкими и частыми связями при их расчете нз местную прочность? 4, Кек условия закрепления форсуночного блока влияют нэ распределение в нем окружных и радиальных напряжения? 10.1.0БШИЕ 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 зацанными параметрами (объемный Е или массовый т расходы и давление р, ), и привод насосов — газовую турбину, Не останавливаясь на требованиях к параметрам турбины и насосов, рассматриваемых в учебниках по теории агрегатов питания ЖРД, укажем, что возрастание параметров двигателя и ТНА, повышение их КПД увеличи- пает удельный импульс тяги двигателя, снижают удельную массу как ТНА, так 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 из задач, решаемых ДУ, в которую он входьп 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 ряц обязательных требований: обеспечение работоспособности и основных параметров при заданном ресурсе с необходимыми 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.
Требования минимума осевых или радиальных размеров могут предъявляться отдельно. Габаритные размеры ТНА иногда не оговариваются, например в случае проектирования двигателя, расположенного в баке с одним из компонентов топлива (двигатель, утопленный в баке) и тл. Тре- 191 бования по степени герметичности ТНА различны и предъявляются к отдельным его узлам и полостям, если допускаемая протечка не отражается на работоспособности двигателя и служит только показателем его экономичности, Для ТНА двигателя, расположенного в баке с компонентом, выполнение этого условия обязательно, так как малейшая негерметичность приведет к аварии.
Технологичность и себестоимость ТНА обычно оценивается в совокупности с ДУ или всего ЛА. Отдельные требования к насосам и их приводу зависят от параметров ДУ, физико-химических свойств компонентов топлива и его состоянием в подводящих к насосам магистралях. Насосы должны обладать; надежностью при работе с агрессивными жидкостями, какими являютл ЖРД; рабочей характеристикой, обеспечинаюгцей стабильность значения тяги двигателя на всех режимах его работы; высокой антикавитационной устойчивостью, обусловливающей работу двигателя в условиях максимального уменьшения массы всего ЛА вследствие низкого давления в баках при заданной угловой скорости ротора ТНА; стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам.
Конструктивное совершенство и минимизация массы ТНА связаны с параметрами газовой турбины, применяемой в качестве основного привода насосов. С ростом угловой скорости ротора ТНА повышается его экономичность. Часто турбина компонуется с насосами на общем валу без сложных дополнительных агрегатов и узлов.
В качестве рабочего тела турбины широко используются основные компоненты топлива ЖРД. 10.2. КОМПОНОВОЧНЫЕ СХЕМЫ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ Компоновкой ТНА в составе двигателя обеспечиваются наилучшие гидрогазодинамические характеристики магистралей: от баков к насосам, в ЖГГ, камеру сгорания, подвода рабочего тела к турбине и т.п, Газовод после турбины двигателя без дожигания оканчивается соплом или системой сопл, дающих дополнительный импульс тяги. На конструкцию ТНА в существенной степени влияет его компоновка, тип применяемых насосов и привода. Выбор наилучшей компоновки ТНА наряду с обеспечением высоких тактико-технических характеристик сни.
жает сроки его доводки. За основу классификации компоновочных схем ТНА принимают кинематнческую связь привода с насосами, которая осуществляется по однороторной (безредукторной) и многороторной схемам (редукторной) (рис. 10.1). Наибольшее распространение получила однороторная схема, в которой насосы окислителя и горючего расположены на одной оси с га- 192 рис. 1О.1. Компоновочные схемы олиороторяого (а, б, в) и многороторяых (г) ТНА: НΠ— насосокислителл; Нà — насос горючего; Т турбина зовой турбиной, что предопределяет простую конструкцию агрегата с вы- сокой степенью надежности, В однороторном ТНА газовая турбина распо- лагается консольно по отношению к насосам (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
