Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Поскольку тфт тф о тф,„ (3.76) + Ром Ро Рг то с учетом выражений (3.70) и (3.71) имеем р,(1+К ) Ром = К +е (3.77) Определим окружную скорость эмульсии в сопле форсунки ш„. Аналогично уравнению (3.38) с учетом зависимости (3.71) уравнение расхода через форсунку имеет вид 2 2 1+ К„ тфт = 82КГс РсмШв = Пввх.опвх.ороШвх.о К (3.78) где ш, — осевая составляющая скорости эмульсии в сопле. Тогда, сопоставляя выражения (3.75), (3.77) и (3.78), получим (К +Лсозй)К Д,„„, Ши ШагР и а (3.79) где иги — тангенциальная составляющая скорости эмульсии на выходе из сопла.
Из равенства (3.72) с учетом выражений (3.69) и (3.71) получаем 3.4. Двуккомноненнэные форсунка !!7 Обозначив (К + lасоаО)К !1,„„, (1" Км)(Км + а) пвх.огвх.о (3.80) получим гв и'и и'а'!!Аэм Г (3.8! ) где Аэн — геометрическая характеристика эмульсионной форсунки. Уравнения (3.81) и (3.44) идентичны. Выполнив преобразования, аналогичные преобразованиям для однокомпонентной форсунки, можно убедиться в том, что зависимости !ае и 2аф от А,н такие же, как и для однокомпонентной форсунки (см. рис.
3.18). Следовательно, зная топливо (т. е. К„, и в) и задавшись радиусом входных отверстий окислителя г,х, и их числом п,„„можно дальнейший расчет двухкомпонентной эмульсионной форсунки проводить в том же порядке, что и расчет однокомпонентных форсунок, используя при этом геометрическую характеристику эмульсионной форсунки А„вместо геометрической характеристики А. Расчет двухкомпонентных форсунок с внешним смешением Расчет двухкомпонентных форсунок с внешним смешением (рис. 3.23, б), в основном, сводится к расчету внутренней и наружной форсунок, рассматриваемых как самостоятельные однокомпонентные форсунки.
При этом радиус вихря наружной форсунки г„' должен быть больше наружного радиуса корпуса сопла внутреннеи форсунки гв, т. е. ! > гв . В случае, когда г„< г„, у наружной П ! П ! ( П форсунки часть живого сечения будет загромождена корпусом внутренней форсунки. Радиус вихря наружной форсунки г! легко определить, зная геометрическую характеристику форсунки, так как формулы (3.28) и (3.53) дают нам связь между А, коэффициентом живого сечения !р и отношением г /г,.
Решая совместно уравнения (3.28) и (3.53), находим для идеальной жидкости связь между г„,lг, и А. Угол распыления наружной форсунки 2аф может быть и меньше угла распыления внутренней форсунки 2а~п (как показано на рис. 3.23, 6) и больше. В первом случае пересечение факелов распыления обеспечивает лучшее перемешивание. При 2аф > 2аф обеспечивается лучшая защита головки от ! П прогара (при этом часто в наружную форсунку подают горючее). 118 1 лава 3.
Сл~есеобразование и смесительная головка камеры ЖРД Заканчивая рассмотрение различных типов форсунок (струйных, центробежных, одно- и двухкомпонентных и т. д.), необходимо отметить, что важной стадией разработки форсунок являются их гидравлические испытания, которые обычно проводятся на воде. Эти испытания позволяют скорректировать расчетные коэффициенты расхода компонента и углы распыления, а также получить необходимые данные по смешению и распределению компонента по сечению камеры.
3.5. Головки камер ЖРД Головка камеры двигателя является главным узлом, обеспечивающим правильную организацию смесеобразования в камере сгорания. Конструкция головки должна обеспечить устойчивое горение в камере, а также способствовать плавному выходу двигателя на режим и уменьшению импульса последействия (см. 8 5.5). При проектировании головки должны бьггь осуществлены необходимое размещение и надежное крепление форсунок, наиболее удобный подвод компонентов к форсункам и технологически возможно более простое соединение головки с камерой сгорания. Типы головок ЖРД Основными типами головок являются плоские, шатровые и сферические. Плоские головки (рис. 3.24, а, б, в) являются наиболее распространенным типом. Преимущество плоских головок — в простоте конструкции; кроме того, плоские головки позволяют достаточно хорошо обеспечить однородность поля скоростей и концентраций топлива по поперечному сечению камеры сгорания.
Недостатком плоских головок является относительно небольшая прочность и малая жесткость. Поэтому в плоских головках крупногабаритных двигателей необходимо предусматривать подкрепляющие элементы, обеспечивающие требуемую прочность и жесткость головки. На рис. 3.25 показана плоская головка, работающая по схеме, приведенной на рис. 3.24, а.
Охладитель О поступает из охлаждающего тракта в полость между средним 2 и внутренним 3 днищами головки, откуда через шнековые форсунки 6 поступает в камеру сгорания. Компонент Г через входную трубку 10 поступает в полость между наружным 1 и средним 2 днищами, а оттуда через шнековые форсунки 5 — в камеру сгорания.
Форсунки крепятся развальцовкой. Головка соединяется с камерой сгорания при помощи соединительного кольца 4, а также непосредственно сваркой с внутренней оболочкой 7 камеры сгорания. 3.5. Головки камер ЖРД 119 Нз 10 О Н Рис. 3.24. Схемы головок ЖРД: а — плоская с двойным дном; б — плоская со сверлениями; в — плоская с пересекающимися струями окислителя и горючего; г — сферическая; д — сферическая с форкамерами; е — шатровая с центральным подводом окислителя; 1 — верхнее днище; 2 — среднее днище; 3 — нижнее днище; 4 — полость охладителя; 5 — кольцевые коллекторы; б — каналы сверлення; 7 — запальник;  — полость Оз; 9 — кольцевые полости Н,; 10 — клапан; П вЂ” форкамеры На рис.
3.26 показан внешний вид головки с двухкомпонентными центробежными форсунками. Сферические головки нашли применение преимущественно в двигателях больших тяг. Достоинство головок — в жесткости конструкции. На рис. 3.24, г и 3.27 показаны схема и внешний вид сферической головки, оснащенной двухкомпонентными форсунками с внешним смешением. На рис.
3.24, д и 5.4 показаны схема и разрез камеры со сферической головкой кислородно-спиртового двигателя ракеты А-4. 12О Глава 3. Смеееобразавание и емееительная головка камеры ЖРД Рис. 3.25. Плоская головка: 1 — верхнее днище; г — среднее днище; 3 — нижнее днище; 4 — соединительное кольцо; 5— форсунян горючего; б — форсункн окислителя; 7 — внутренняя оболочка камеры сгорания; В— корпус камеры; 9 — входная трубка;!Π— трубка Рис. 3.26. Плоская головка с лвухкомпонентными центробежными форсунками Шатровые головки, по форме напоминающие шатер (см. рис.
3.24, е), находят применение в двигателях малых и средних тяг, а также в качестве форкамер. Преимуществами шатровой головки являются ббльшая, чем у плоской головки, поверхность для размещения форсунок и хорошие прочностные свойства. Недостатки — в сложности изготовления и неравномерности распределения топлива по сечению. При шатровой головке возможно образование <окгута» распыленного топлива.
На рис. 3.28 показана форкамера головки. 1г1 3.5. Головки камер ЖРД Рис. 3.27. Сферическая головка со струйно-центробежными форсунками Размещение и крепление форсунок на головке Размещение форсунок на головке должно способствовать выполнению основных требований, предъявляемых к смесеобразованию, при обеспечении надежности и технологичности конструкции, что, в основном, сводится к следующему: 1) возможно более равномерному распределению по сечению камеры сгорания соотношения компонентов К и расходонапряженности д; 2) возможно меньшей склонности к возникновению неустойчивого горения; 3) защите стенок камеры сгорания от прогара; 4) защите головки камеры сгорания от воздействия высоких тепловых потоков, идущих от фронта пламени; 5) удобству подвода компонентов.
Исследования показали, что распределение соотношения и расходонапряженности компонентов, полученное непосредственно у головки, практически сохраняется вдоль всей камеры сгорания и сопла двигателя. В свою очередь, неравномерность распределения К и д по сечению камеры влияет на удельный импульс двигателя 1„(см. 9 3.6).
Рассмотрим основные схемы размещения форсунок. В двигателях, работающих на однокомпонентных форсунках, для обеспечения хорошего смесеобразования необходимо равномерное чередование форсунок горючего и окислителя. Поэтому можно выделить следующие основные схемы расположения форсунок горючего и окислителя на головке двигателя. Шахматное расположеиие, когда форсунки горючего и окислителя располагаются в шахматном порядке, чередуясь между собой (рис. 3.29, а). Недостаток этого способа состоит в том, что число форсунок горючего получа- 1гг Глава 3. Смесеобразование и смеситвльнал головка камеры ЖРД Рис.
3.28. Форкамера головки двигателя: ! — трубка подвода окислителя; 2 — центральная струйная форсунка; 3 — верхний ряд центробежных форсунок; 4 — боковые струйные форсунки; 5, 6 — комбинированные струйные и центробежные форсунки; 1 — внутренняя оболочка форкамеры ется примерно равным числу форсунок окислителя. Поскольку весовой расход окислителя обычно в 2 — 4 раза больше, чем горючего, то при таком расположении расход каждой форсунки окислителя значительно больше расхода форсунки горючего, что может ухудшить смесеобразование, так как мощная струя окислителя плохо смешивается с относительно слабой струей горючего, сбивая ее в сторону. Сотовое расположение (рис. 3.29, б), при котором каждая форсунка горючего окружена группой окислительных форсунок, позволяет иметь большее число форсунок окислителя, чем горючего. При этом разница в расходах форсунок окислителя и горючего меньше, чем при шахматном расположении, что обеспечивает лучшее распыление и смешивание компонентов топлива.
Концентрическое расположение, при котором пояса форсунок горючего и окислителя чередуются (рис. 3.29, в), в некоторых конструкциях упрощает подвод компонентов к форсункам. Примером расположения форсунок по концентрическим окружностям может служить головка кислородно-водородного двигателя (см.
рис. 3.24, г). Здесь в концентрических поясах размещены груп- 123 3.5. Головки камер ЖРД Рис. 3.29. Схемы расположения форсунок: а — шахматное; б — сотовое; в — концентрическое; х — форсунки горючего; о — форсунки окислителя; ° — форсунки горючего лля создания пристеночною слоя пы форсунок, состоящие из двух форсунок горючего (Нз) и одной — окислителя (Оз).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
