Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Охеаждение ЖРД 212 Подставив выражение (4.196) в равенство (4.! 95) и обозначив 0,43 ~057 Сж 0,37 !4ж (4.197) получим 0,02! т (4.198) Комплекс У, как мы видим из формулы (4.197), характеризует собой физические свойства охладителя и является функцией температуры. Значения комплекса 2 для различных компонентов приведены на графиках, показанных на рис. 4.25, где даны также значения произведения комплексов ЛЧ', для различных компонентов, полученные при Тее = 200 'С. 4.10. Формы охлаждающих трактов камер ЖРД На рис. 4.26 и 4.29 приведены различные формы охлаждающих трактов камеры сгорания и сопла ЖРД.
Щелевой канал Наиболее простым является охлаждающий тракт в виде гладкого щелевого канала (рис. 4.26, а), однако основной его недостаток заключается в малой жесткости внутренней оболочки камеры. Это может привести к искажению размеров охлаждающего тракта и, как следствие, к изменению коэффициента теплоотдачи а и прогару камеры. Кроме того, при малых количествах охладителя и необходимой скорости движения по охлаждающему тракту ширина щели Ь,„„получается очень малой (0,8...1,5 мм) и технологически трудно выполнимой.
Для увеличения жесткости внутренней стенки при щелевых каналах, а также для облегчения изготовления охлаждающего тракта между стенкой и рубашкой камеры двигателя размещают проставки из пластинок или из проволочек (рис. 4.26, б). Проставки как бы калибруют размеры канала и, как правило, служат также для скрепления внутренней и внешней оболочек. При этом получается так называемая скрепленная оболочка камеры двигателя, обладающая высокими прочностными свойствами. Однако установка проставок является весьма трудоемкой операцией, поэтому обычно их используют для калибровки тракта или скрепления оболочек только в отдельных местах камеры двигателя.
213 4.10. Формы охлаасдаюи1пх трактов камер ЖРД А — А Проставка В-В Рис. 4.26. Формы охлаждающих трактов: о — гладкий щелевой какал; б — щелевой канал с проставками; е — щелевой канал с выщтамповками; г — охлаждающий хракт с продольными ребрами; д — охлаждающий тракт с винтовыми каналами; е — охлаждающий тракт с гофрами Разновидностью щелевого охлаждающего тракта является ы1елевой канал с пышталеповками (рис.
4.26, в). При этом в наружной оболочке камеры двигателя выштамповываются (обычно в шахматном порядке) круглые или овальные углубления — выштамповки, по которым точечной сваркой скрепляются внутренняя и внешняя оболочки. При таком способе скрепления получается достаточно прочная и жесткая оболочка и обеспечиваются заданные размеры охлаждающего тракта. Эквивалентный диаметр определяется для шелевого канала по формуле (4.193): Глава 4.
Охлаждение ЖРД 214 4Ри П 2л.0,хл При этом уменьшением объема каналов за счет выштамповок или отдельных проставок пренебрегаем. Общим недостатком камер, имеющих щелевой охлаждающий тракт, является прежде всего недостаточная способность к теплосъему высоких тепловых потоков, возникающих при больших давлениях в камере, использовании высококалорийных топлив и т. д. Причиной такой относительно малой (в условиях работы современного ЖРД) эффективности теплосъема в щелевых трактах является недостаточно развитая поверхность теплообмена со стороны охладителя и трудность выполнения внутренней стенки при редко расположенных скреплениях тоньше 1,5...2 мм, что также ограничивает теплосъем.
Кроме того, жесткость камеры со щелевым охлаждающим трактом даже при наличии отдельных скреплений недостаточна. Охлаждающие тракты с оребрением Лучший теплосъем, а также возможность уменьшения толщины внутренней оболочки камеры обеспечивает оребрение внутренней оболочки. Кроме того, ребра обычно служат также и для скрепления внутренней и внешней оболочек. Получающаяся скрепленная оболочка с частыми связями обладает большой жесткостью и прочностью. Примерами такой конструкции являются изображенные на рис. 4.26, г, д, е охлаждающие тракты с продольными или винтовыми ребрами и с гофрами. В случае обеспечения полного контакта проставки с оболочкой эффект оребрения может иметь место и при установке проставок (см.
рис. 4.26, б), хотя влияние его пренебрежимо мало. Увеличение теплоотдачи от стенки к охладителю за счет эффекта оребрения также имеет место и в трубчатых камерах. На рис. 4.26, г приведена схема охлаждающего тракта с продольными ребрами. Продольные или винтовые ребра толщиной 1... 1,5 мм обычно получаются путем фрезерования каналов вдоль образующей камеры двигателя или по винтовой кривой. В оребренном охлаждающем тракте теплообмен улучшается не только за счет увеличения поверхности охлаждения, но и благодаря возможности выполнения более тонкой внутренней оболочки при б порядка 1 мм.
Эквивалентный диаметр для канала с продольными ребрами, определяется по формуле 4Р' 4ай 2аа, П 2(а+ Ь,„л) а+ Ь,„„ 215 4.!О. Формы окааждаюа1ик трактов камер ЖРД Рис. 4.27. Охлаждающий тракт сопловой части двигателя ОРМ-45 На рис. 4.26, д показан охлаждающий тракт с винтовыми каналами. Винтовой канал может быть как однозаходным, так и многозаходным. Главное преимущество винтового охлаждающего тракта состоит в увеличении скорости движения охладителя по тракту, что позволяет увеличить теплосъем.
Если движение охладителя по винтовой линии (закругка) обеспечивается винтовым каналом на наружной оболочке, то в этом случае увеличение теплосъема происходит только за счет увеличения скорости движения охладителя, а не за счет эффекта оребрения. На рис. 4.27 показан разрез сопла камеры двигателя ОРМ-45, где закрутка жидкости создавалась винтовой нарезкой, выполненной по внутренней оболочке на части высоты охлаждающего тракта. При отмеченных достоинствах винтовых каналов недостатками таких трактов являются большая трудоемкость их выполнения и значительное увеличение гидравлического сопротивления тракта. Эквивалентный диаметр для охлаждающего тракта с винтовыми каналами, очевидно, определится, как и для прямого канала, по формуле 4г'„2аЬ, э П а+ 7э,„„ На рис.
4.26, е показан охлаждающий тракт, в котором каналы образованы проставкой из тонкой гофрированной ленты. Для простоты будем называть такой тракт охлаждающим трактом с гофрами. В полученной скрепленной оболочке гофры играют одновременно роль ребер, увеличивающих теплосъем, и скреплений, увеличивающих жесткость и прочность стенок камеры. При достаточно большой частоте гофров возможно применение тонкой внутренней оболочки, что также улучшает теплообмен. Эквивалентный диаметр И, для тракта с гофрами вычисляется по формуле (4.193) с учетом геометрии получившегося канала. Приближенно И, Глава 4. Охлаждение ЖРД 21б для охлаждающего тракта с гофрами (рис.
4.28) можно определять по формуле У Из = 'Р,, (4.199) аср + 7то хя где а,р — расстояние между ребрами по средней линии живого сечения, причем а,р — — а,'р+2Ла, = +2 — тазг = к)-~охя брлр бр пр Рис. 4.28. К определению с(, для охлаждающего тракта с гофрвми кО~~ 8рпр нО~~ +Бр пр Лр оял (4.200) здесь лр — число ребер гофров. Практически, с достаточной степенью точности, можно считать а,р = а,'р. Трубчатые камеры В конструкциях зарубежных ЖРД широкое применение получили так называемые трубчатые камеры, выполненные из набора спаянных между собой трубок (рис, 4.29).
Трубки могут быть круглого, овального или прямо- 1 о 7 9 б Рис. 4.29. Схема трубчатых камер: 1 — прямоугольные трубки; 2 — трубки с оребрением; 3 — круглые трубки; 4 — двухрядное рязмещение трубок; 5 — спиральные трубки; б — тракт из и-обрязных профилей; 7 — силовая обечяйкя или обмотка; 8 — и-обрезные профили; 9 — места пайки 2! 7 4.! О. Формы охлаждающих трактов камер ЖРД угольного сечения и расположены как вдоль образующей камеры двигателя, так и по спирали. Трубчатые камеры со спиральной навивкой распространения не получили, так как наряду со сложностью их изготовления гидравлическое сопротивление охлаждающего тракта такой камеры получается очень большим.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
