Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Примерами ЖРД с цилиндрической камерой сгорания могут служить камеры двигателей ОРМ-65, РД-107 (рис. 5.2) и РД-170 (см. вклейку, рис. 7), а также трубчатые камеры двигателей ВХ-2 (рис. 5.3) и К1.10А. Трубчатая камера двигателя На рис. 5.3 показана трубчатая камера двигателя КХ-2, работающего на топливе, состоящем из смеси жидкого кислорода и керосина. Тяга двигателя на земле равна 620 кН; удельный импульс равен 2400 м/с; отношение Г„/Р; = 1,8, т. е.
камера сгорания скоростная; геометрическая степень расширения сопла равна 8; давление в камере сгорания — 3,73 МПа. Оболочка камеры выполнена из 312 спаянных никелевых трубок. Для повышения прочности набор трубок стягивается бандажными кольцами 13, которые на участке камеры сгорания образуют сплошную обечайку. Керосин, охлаждающий стенки камеры, подается во входной коллектор б и через отверстия 19 поступает в трубки. Охлаждение производится в «два хода». Охладитель по трубке проходит в сопловой коллектор 24 и возвращается обратно по соседней трубке, после чего поступает в форсуночное днище головки 5. Глава 5. Камеры сгорания ЖРД 250 10 !1 Рис.
5.3, Трубчатая камера двигателя йХ-2: 1 — карданная подвеска; 2 — подвод жидкого О,; 3 — ш е я 5 — головкж б — входной ш~м~~ — кабель; 10 — камера сгорания; !! — кр нос кольцо; 8 — пироэапальник; !2 — !3 — б — место крепления ычага чение; — андажные кольца; 14 — сливной ш 10 20 — уб 2!— — си овос кольцо в критическом сечении; 22 — л на; 23 — выходное сечение сопла; 24— — фланец для крепления экракислорода; 27 в подвод пусков — коллектор горючего; 25 — ко п — рпус головки; 26 — подвод кового горючего; 28 — подвод горючего 5.!.
Формы и примеры выполненнык камер сгорания ЖРД 251 Жидкий кислород поступает в головку через угловой патрубок 2. Из головки кислород и керосин поступают в камеру сгорания, где смесь воспламеняется от пиротехнического запальника 8, который в свою очередь поджигается электрической искрой. Шарообразные камеры сгорания Преимуществом шарообразных и близких к ним грушевидных камер сгорания является меньшая поверхность камеры при заданном объеме, что снижает ее вес и облегчает охлаждение. Кроме того, прочностные свойства шаровой камеры выше цилиндрической.
Главным недостатком шарообразных камер является сложность технологии их изготовления. Кроме того, в шарообразной камере остается сравнительно мало места для размещения форсунок, ввиду чего иногда в головке камеры приходится делать форкамеры, что еще больше усложняет технологию изготовления. Указанные достоинства и недостатки шарообразных камер обусловливают их преимущественное применение в ЖРД больших тяг, где размеры камер сгорания достаточно велики, в связи с чем становится ощутимым выигрыш в весе камеры.
Примером шарообразной камеры является камера двигателя ракеты А-4, работающего на кислороде и 75-процентном этиловом спирте (рис. 5.4). Тяга двигателя составляет 245 кН. В конструкциях современных ЖРД шарообразные камеры используются редко. Конические камеры сгорания Коническая камера сгорания (см. рис. 5.1, г) по существу является входной частью сопла. Она имеет меньшее значение 1, по сравнению с другими типами камер и вследствие этого также не применяется, представляя только исторический интерес.
Основной причиной снижения 1„являются большие скорости продуктов сгорания в камере. Вследствие этого превращение тепловой энергии в работу расширения является менее полным, т. е. имеют место большие потери из-за теплового сопротивления. Кроме того, в конических камерах зона распыления и испарения занимает значительную часть ее полного объема; зона сгорания при этом уменьшается, что приводит к худшему сгоранию или требует увеличения полного объема камеры. 252 Глава 5.
Камеры сгорания ЖРД Рис. 5.4. Камера двигателя ракеты А-4: ! — верхняя полость горючего; 2 — главный клапан горючего; 3 — нижняя полость горючего; 4 — форкамера; 5 — кронштейн для передачи тяги на раму; 6 — патрубок подвода горючего; 7— коллектор; 8 — нижний пояс внугреннего охлаждения; 9 — внутренняя оболочка камеры; !О— внешняя оболочка камеры; 77, !2, !4 — пояса внутреннего охлаждения; !3 — дополнительный пояс внутреннего охлаждения 253 5.!. Формы и примеры выполненных камер сгорание ЖРД Кольцевые камеры сгорания Применение кольцевых камер сго- В„' н1 рация в ЖРД вызвано использованием к к сопел с центральным телом и тарель- Ф чатых.
Схемы кольцевых камер сгорания прямоугольного и круглого сече- Ж ний представлены на рис. 5.1, д, е и 5.5. Кольцевые камеры круглого сечения целесообразно применять при разгоне газа в сопле с центральным телом М' М до больших чисел М,. При этом, в свя- а а зи с необходимостью большого поворота потока, угол <р наклона поверхности критической скорости уменьша- ! ется, так что применение камеры прямоугольного сечения привело бы к Рис.
5.5. К выбоРУ фоРмы кольцевой 1> 2 увеличению габаритного размера ка- камеРы сгоРаниЯ; М, > М, меры.0„. По сравнению с остальными типами кольцевые камеры сгорания имеют ряд недостатков. Поверхность их значительно больше, что приводит к увеличению веса и затрудняет охлаждение камеры.
Кольцевая камера сгорания сложна в изготовлении, а для обеспечения ее жесткости необходимы либо специальные наружные ребра жесткости, либо охлаждаемые стойки, связывающие наружный контур камеры с внутренним. Предполагаемыми достоинствами кольцевой камеры сгорания могут являться возможность регулирования вектора тяги и уменьшение вероятности возникновения вибрационного горения при разбивке камеры по окружности на ряд отдельных секций. На рис. 2.26 и 2.32 приведены схемы двигателей с кольцевой камерой сгорания и центральным телом. 5.2.
Определение объема камеры сгорания Объемом камеры сгорания к'„принято считать объем камеры до критического сечения. Для определения необходимого объема к'к используют один из следующих параметров: 1) условное время пребывания топлива и продуктов сгорания в камере т„р, 2) приведенная (или характеристическая) длина камеры сгорания 1„р, 3) литровая тяга Р,. Глава 5. Камеры сгорания ЖРД 254 Рассмотрим способы определения объема камеры сгорания по каждому из этих параметров.
Определение объема камеры сгорания по условному времени пребывания Условное время пребывания топлива и продуктов сгорания в камере определяется выражением (3.3): Укрк тпр т Подставив значение плотности продуктов сгорания рк, найденное из уравнения состояния, получим У«Р« т тК„Т„ (5.5) откуда находим расчетное выражение т„ртЯ„Т„ Рк (5.6) Для камеры с постоянной площадью Г„р отношение и/рк практически постоянно. Исследуя уравнение (5.5) и пренебрегая влиянием давления на Я„Т„, мы видим, что для данного топлива в первом приближении (без учета влияния рк на процессы преобразования) величина тар не зависит от давления р„(или от расхода топлива).
Значение тар зависит от вида применяемого топлива и качества смесеобразования. Для различных топлив необходимая величина тар определяется экспериментально и находится в пределах тар = 0,0015...0,005 с. При больших давлениях величина тар принимает значения ближе к нижнему пределу. При выборе тар необходимо также учитывать схему двигательной установки.
В двигательных установках с дожиганием часть топлива (или все топливо по схеме «газ + газ») распыляется и частично сгорает в газогенераторе еще до поступления в камеру сгорания, а в камере происходит дожигание топлива. Поэтому для двигательных установок с дожиганием надо брать т„р в 1,3 — 1,8 раза меньше, чем для двигателей без дожигания. 5.2. Определение обьема камеры сгорания 255 Определение объема камеры сгорания по приведенной длине 1 1к пр кр (5.7) откуда расчетная формула имеет вид з К~ 1прРкр и (5.8) Значения 1пр зависят от вида применяемого топлива и определяются экспериментально. Для различных топлив величина 1пр находится в пределах 1...5 м.
В табл. 5.1 даны значения 1, для некоторых топлив (17). Таблица 5.! Значения 1пр для некоторых топлив ЖРД Нетрудно показать, что приведенная длина 1пр и условное время пребывания т„ являются пропорциональными параметрами. Действительно, согласно уравнению (1.9) имеем 4КТ„т р,А(7) Подставляя это значение Р, в формулу (5.7), получим гк Рк А(7) т,Я.Тк (5.9) Сопоставив уравнения (5.9) и (5.5), определим 1пр = тпрА(у)зЯкТк ° (5.10) Для данного топлива произведение А(7)4КТ„можно считать постоянным, следовательно, Приведенной (или характеристической) длиной камеры сгорания называется величина 256 Глава 5.
Камеры сгорания ЖРД 1пр сопз1 тпр. (5.11) тпр 1пр 1,25 — — 0,0018, с. мо Гй,к 0,63 /343 3550 Определение объема камеры сгорания по литровой тяге Иногда объем камеры определяют исходя из значения литровой тяги Р„ т. е. тяги ЖРД, отнесенной к одному литру объема камеры сгорания: Р Р = — Н/л, и к (5.12) откуда )гк = Р/Р,. Литровая тяга Р„не отражает основной фактор, определяющий полноту сгорания, — время, необходимое для протекания процесса горения.
Значения Р„зависят от давления в камере и для эксплуатируемых ЖРД изменяются в широком диапазоне: 1...100 кН/л. Анализируя рассмотренные выше параметры для определения объема камеры сгорания: тпр, 1пр и Є— можно сделать следующие выводы. Ни один из параметров не отражает влияния формы камеры и конструкции головки на величину )г„, хотя такое влияние, несомненно, существует. Использование в качестве параметра для определения 1'„ литровой тяги возможно только в том случае, если известны рекомендуемые значения Р, при заданном давлении в камере.
Наиболее целесообразно для определения )г, использовать условное время пребывания или приведенную длину. Следует отметить также, что увеличение давления и улучшение организации процессов смесеобразования и горения приводят к уменьшению необходимого времени пребывания в камере сгорания, т. е. к уменьшению необходимых т„или 1,. Таким образом, с развитием ЖРД, приводящим к увеличению давления в камере, имеет место тенденция к уменьшению объема камеры сгорания. Очевидно, что 1пр так же, как и т„, мало зависит от давления в камере сгорания. Зная 1пр, мы всегда можем определить тпр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
