Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 23

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 23)

Соотношение компонентов Кт и расходонапряженность с/ определяются по формулам пф,гпфт т пл пф„тф„ (3.100) Пф.стф.с + пф.гтф.г цтпл = 1 (3.101) где тф, и тф „— расходы через одну форсунку окислителя или горючего соответственно; Е, — площадь рассматриваемого участка. 2тф р Кт ст 2тф „ 1 1 2 1 1 пф, — — — + — + — + — + — =2, 3 3 3 3 3 пф„— — 2, Для участка АзАз имеем (8/3)тф, т сг 3тф.г 1 2 1 1 2 1 8 пф, †††+ †+ †+ †+ †+ †= †, 3 3 3 3 3 3 3 пф, — — 3 Пример.

Рассмотрим участки 01ОзОз04 (рис.3.39,а) и 01(~Оз040зОь (рис. 3.39,б). На участок 0~0зОзОл каждая форсунка окислителя подает только 1/4 часть расхода, а на участок 010зОз040зОв — 1/3 часть расхода. Для указанных участков число форсунок окислителя пф,, соответственно будет равно (1/4) х 4 = 1 и (1/3) х 6 = 2. Число форсунок горючего пф, = 1 для обоих участков.

Аналогично вычисляя соотношение компонентов в пристеночном слое (см. рис. 3.39, б). Для участка А ~Аз имеем 140 Глава 3. Смвсвобразованив и смеситвльнал головка камеры ЖРД Ат Аз А1 + + "+ + О + + 0~ Оь б + Рис. 3.39. К определению местного соотношения компонентов гео- метрическим методом: а — шахматное, б — сотовое расположение форсунок В данном методе не учитывается влияние форсунок, находящихся за пределами участка, хотя, как указывалось выше (см. рис.

3.35), такое влияние имеется и наиболее существенно сказывается на соотношении компонентов в пристеночном слое. Поэтому геометрический метод расчета распределения компонентов дает менее надежные результаты, а для расчета соотношения компонентов у стенки вообще непригоден. Влияние неравномерности К и а по сечению камеры на удельный импульс и расходный комплекс Итак, установлено, что в любом сечении камеры соотношения компонентов К и расходонапряженности а распределяются неравномерно. Иными словами, на некоторых участках сечения значения К„и а„отличаются от расчетных средних.

Отклонение на каком-либо участке сечения значений К от среднего (чаще всего оптимального) приводит к тому, что на этих участках действительные температуры горения и состав продуктов сгорания также получаются отличными от расчетных. Если предположить, что среднее значение соотношения компонентов по всей камере было выбрано оптимальным, т. е. соответствующим наибольшему значению 1у, то удельный импульс на участках, где значения К отличаются от оптимальных в одну или другую сторону, будет меньше и удельный импульс камеры сгорания, в целом, очевидно, также уменьшится. Разбив сечение камеры на участки и определив тем или иным способом значения расходов, соотношения компонентов и расходонапряженности для каждого участка сечения, найдем удельный импульс камеры двигателя и расчетное значение комплекса Рр как среднюю величину удельного импульса и расходного комплекса р; отдельных струй различного состава: З.б.

Влияние конструщии колонки на смесеобразование и удельный импульс 141 1у = РП <зло2) ~ ~з;и Ь,=' Й ~з.1оз1 где 1„; — удельный импульс при действительном соотношении компонентов на г-м участке; твл; — расход топлива через ~-й участок; а — полный рас- ход топлива; ~3; — значение расходного комплекса, соответствующее составу компонентов, проходящих через ~'-й участок. Глава ОХЛАЖДЕНИЕ ЖРД 4.1. Теплообмеи в ЖРД Организация охлаждения камер является одной из важнейших задач проектирования ЖРД и по сравнению с другими типами тепловых машин значительно усложняется особенностями процесса теплообмена в ЖРД. Первая особенность состоит в том, что процесс в камере ЖРД протекает при высоких температурах (3000...

4000 К) и давлениях (до 25 МПа и более). Поскольку продукты сгорания движутся по камере двигателя с очень большой скоростью, резко возрастают коэффициент конвективной теплоотдачи от горячих продуктов сгорания в стенки камеры двигателя и, следовательно, конвективные тепловые потоки д„, принимающие в критическом сечении сопла значения до (23...150) 10 Вт/м . Второй особенностью теплообмена в ЖРД является высокий уровень лучистых тепловых потоков.

Как известно, излучательная способность газов пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры, поэтому при указанных выше температурах в камере сгорания и сопле ЖРД возникают большие лучистые тепловые потоки д„которые для обычных топлив достигают 20...40 ',4 общего теплопотока, направленного в стенки камеры сгорания. Поскольку при движении газа по соплу его температура уменьшается, относительная доля лучистого теплового потока снижается. Третья особенность теплообмена в ЖРД состоит в том, что вследствие мощных суммарных конвективных и лучистых тепловых потоков в стенку камеры температура ее может достигать недопустимо высоких величин.

Поэтому для ЖРД следует применять жаропрочные материалы, обладающие возможно большей теплопроводностью, что, однако, выполнить весьма трудно, так как жаропрочные материалы, как правило, имеют сравнительно малую теплопроводность. Четвертая особенность теплообмена вытекает из условий применения ЖРД как двигательной установки летательного аппарата (ракеты, спутника, самолета). Поэтому использовать для охлаждения двигателя специальную жидкость в большинстве случаев нерационально, Обычно ЖРД охлаждают каким-либо из компонентов топлива, пропуская его до подачи в камеру сгорания ЖРД через полость охлаждения. Такой принцип охлаждения усложня- 143 4.1.

Теплообмен в ЖРД ет конструкцию камеры и вызывает дополнительные требования к топливным компонентам, так как количество компонента, пропускаемого через охлаждающий тракт, ограничено его расходом. Кроме указанных главных особенностей„характерных для ЖРД в целом, на организацию процесса охлаждения влияют также род топлива, тип и назначение двигателя и его конструкция. Так, применение двух низкокипящих компонентов (например, кислорода и водорода) приводит к тому, что камера охлаждается в основном не жидкостью, а газом, из чего возникают дополнительные требования к конструкции двигателя.

Применение сопел с центральным телом резко усложняет задачу обеспечения охлаждения ЖРД в связи с увеличением поверхности камеры сгорания и, особенно, периметра критического сечения, где тепловые потоки наибольшие. Ряд специфических задач организации охлаждения ЖРД возникает при использовании разных видов топлив, при применении различных конструкций камер, охлаждающих трактов, при использовании различных видов охлаждения ЖРД. Подробнее эти задачи мы рассмотрим далее, в соответствующих параграфах. Температуру стенок камеры ЖРД можно поддерживать в допустимых пределах с помощью одного из следующих способов: 1) наружного (или регенеративного) охлаждения; 2) внутреннего охлаждения; 3) смешанного охлаждения; 4) радиационного охлаждения; 5) абляционного охлаждения; 6) защиты внутренних стенок термостойкими покрытиями; 7) емкостного охлаждения; 8) транспирационного охлаждения.

Теплообмен в ЖРД при наружном охлаждении Для понимания процессов теплообмена, проходящих в ЖРД, рассмотрим основные факторы, влияющие на эффективность охлаждения при наиболее распространенном способе — наружном охлаждении. Типичная схема протекания процесса теплообмена в ЖРД при наружном охлаждении представлена на рис.

4.1. Здесь ҄— температура продуктов сгорания, Т „— температура стенки камеры со стороны горячих газов («газовая» стенка), Т вЂ” температура стенки камеры со стороны охладителя («жидкостная» стенка), Т„ †температу охладителя. Глава 4. Охлаждение ЖРД 144 Тепло путем конвекции и излучения передается от горячих продуктов сгорания 1 стенке камеры сгорания 3. Таким образом, можно сказать, что суммарный удельный тепловой поток дж направленный от горячих газов в стенки камеры двигателя, состоит из двух удельных тепловых потоков: конвективного д„ и лучистого д,„т.

е. (4.1) ЧЕ =Чк+Чл где д„= о.„(҄— Т „). (4.2) Зависимость Т,, от скорости движения охладителя Скорость движения охлаждающей жидкости го влияет на величину коэффициента теплоотдачи а от стенки к ней, причем с увеличением этой скорости коэффициент се также увеличивается. При одних и тех же удельном тепловом потоке дх и температуре жидкости Т температура стенки со стороны жидкости Т определяется из выра- жения дх =а„(Т -Т ), (4.3) Вследствие теплопроводности тепло передается Рис. 4.1. Схема процесса „лообмена в чеРез стенкУ камеРы и далее пУтем конвекции — охкамере Жрд ладителю 2, пРоходЯщемУ в полости охлаждениЯ. В начальный момент работы двигателя, когда стенки камеры и сопла еще холодные, часть теплового потока идет на разогрев стенок камеры двигателя.

Такой режим охлаждения ЖРД, при котором температура стенки и тепловой поток в охлаждающую жидкость изменяются с течением времени, называют нестационарным режимом охлаждения. С течением времени устанавливается равновесие, при котором охлаждением снимается весь тепловой поток, поступающий от горячих продуктов сгорания в стенку камеры двигателя. С этого момента остаются постоянными (на данном режиме работы двигателя) температуры «газовой» и «жидкостной» стенок камеры двигателя и тепловой поток через стенку.

Такой режим называется стационарным режимом охлаждения. Далее мы будем рассматривать только стационарные режимы охлаждения. 4.1. Теплообмен и ЖРД 145 которое после преобразования примет вид (~т Тес.ж Тж + аж (4.4) т. е. при увеличении а температура Т уменьшается. В свою очередь, тепловой поток передается через стенку камеры благодаря теплопроводности, т.

е. д, = — (Т,,-Т,.), Хст (4.5) где Х вЂ” коэффициент теплопроводности материала стенки камеры, откуда б Тес.г = сэта + Тес.ж ° (4.6) Таким образом, при одних и тех же металле, толщине стенки Ь и удельном тепловом потоке от температура «газовой» стенки Т „будет тем меньше, чем меньше температура стенки со стороны жидкости Т „. Однако при понижении Т суммарный тепловой поток от газов в стенку камеры двигателя несколько возрастет за счет уменьшения Т „(см.

формулу (4.2)), что приведет снова кросту Т „, Т, ит.д. Наконец, стационарный режим охлаждения после увеличения скорости охлаждающей жидкости устанавливается при меньших Т „и Т, чем это имело место до увеличения скорости (рис. 4.2, а). Таким образом, температура «газовой» стенки Т „в большой степени зависит от скорости движения охлаждающей жидкости: чем скорость больше, тем меньше Т „.

Характеристики

Список файлов домашнего задания