Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 44

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

Текст из файла (страница 44)

В первом приближении незначительным давлением столба жидкого компонента и действием сил инерции на расход можно пренебречь и считать, что в течение времени т„,3 расход через форсунки определяется только величиной давления насыщенных паров. Давление насыщенных паров зависит от температуры компонентов, и в течение времени т„ 3 его можно считать постоянным.

При этом будет постоянным и расход компонентов через форсунки. Удельный импУльс в пУстоте 1у „3 зависит от соотношениЯ компонентов и качества процесса в камере сгорания и при постоянном отношении расходов компонентов также может считаться величиной постоянной. Тогда 273 5.5. Импульс последействия ВЕЛИЧИНУ 1ппа МОЖНО СНИЗИТЬ ПутЕМ уМЕНЬШЕНИя ОбщЕГО КОЛИЧЕСтВа тО- плива, остающегося в полостях, т. е. за счет уменьшения объема полостей. Для этого необходимо располагать отсечные клапаны возможно ближе к камере двигателя. Бели по каким-либо соображениям (прочностным, технологическим и т.д.) в головке или охлаждающем тракте оставлены объемы, уменьшение которых не повлияет на качество протекания процесса, эти объемы желательно уменьшить, заполнив их каким-либо легким материалом.

Для уменьшения 1„4о приблизительно вдвое можно также использовать дренаж полостей; при этом дренажные отверстия в полостях открываются одновременно с закрытием отсечных клапанов. Можно также применить продувку полостей газом, инертным по отношению к компонентам. ВРЕМЯ иСтЕЧЕНиЯ иЗ КаМЕРЫ СгОРаииЯ ПОСЛЕдНЕй ПОРиии тОПЛиеа — тп „4. В течение этого времени тяга двигателя падает от величины Рпз до нуля. Так как в связи с кипением топлива в полостях последняя порция топлива поступит в газообразном состоянии, время тп „4 можно принять равным условному времени пребывания тпр = 0,0015...0,005 с.

Составляющая импульса последействия за время т„,4 определяется по формуле (5.27) 1п.д4 1у.п4т4~1т Полагая, что тяга за время тп,4 уменьшается линейно, приближенно получим 1,.44 =05Рпзт . 4. (5.28) Поскольку Р„з и тп„4 сравнительно невелики, величина 1п,4 значительно меньше остальных составляющих импульса последействия и учет ее при практических расчетах суммарного импульса последействия имеет скорее теоретический характер. Произведем сравнительную оценку составляющих импульса последействия.

Величины 1„1 и 1„4 невелики вследствие малого времени действия т„п~ и т„,4. При использовании пироклапанов вследствие очень малого времени их срабатывания т„п2 величина 1п,2 также незначительна, и тогда главной составляющей суммарного импульса последействия становится 1„пз — импульс последействия, возникающий из-за работы камеры двигателя на компонентах, оставшихся в полостях после закрытия отсечных клапанов. В случае использования отсечных пневмоклапанов вследствие сравнительно большого времени их закрытия тп„2 величина 1п,2 становится сопоставимой с величиной 1„,з, что приводит к увеличению суммарного импульса последействия.

274 Глава 5. Камеры сгоравия ЖРД Снизить величину полного импульса последействия можно, используя все факторы, способствующие уменьшению его составляющих, например: 1) выключение двигательной установки на режиме возможно меньшей тяги, это приводит к уменьшению всех составляющих импульса последействия; 2) применение отсечных пироклапанов, имеющих малое время закрытия; 3) уменьшение объема полостей на участке от отсечного клапана до форсунок; 4) включение дренажа полостей после отсечки подачи компонентов; 5) продувка камеры и полостей.

5.6. Расчет камеры двигателя на прочность Камера двигателя может разрушаться по двум причинам: при недостаточной прочности и при потере формы. В первом случае разрушение произойдет вследствие возникновения в элементах оболочки напряжений, превышающих временное сопротивление материала, что может явиться результатом недостаточной общей несущей способности или недостаточной прочности отдельных элементов камеры (скреплений, оболочек и т. д.). Во втором случае прогиб оболочек приводит к увеличению сечения охлаждающего тракта и нарушению режима охлаждения.

В результате уменьшения скорости охладителя условия охлаждения ухудшаются, температура внутренней оболочки растет, а это, в свою очередь, приводит к дальнейшему увеличению прогиба оболочки и ухудшению охлаждения. Наконец, температура «газовой» стенки повышается до температуры плавления и камера разрушается вследствие прогара оболочки. Практика показывает, что при редких связях камера обычно становится неработоспособной еще до возникновения в элементах оболочки разрушающих усилий и прогорает вследствие большого прогиба оболочек, т.

е. вторая причина разрушения камеры характерна для ЖРД, имеющего камеру с редко расположенными скреплениями. При частых связях причиной разрушения является потеря общей несущей способности камеры или недостаточная прочность ее отдельных элементов. Особенности условий работы и расчета камер ЖРД на прочность Специфика прочностных расчетов камеры ЖРД вытекает из особенностей конструктивных форм камеры двигателя и условий ее работы.

Первая особенность состоит в том, что камера двигателя обычно является двухстенной, скрепленной связями оболочкой, находящейся под силовым и температурным воздействием. 5.6. Расчет камеры двигателя на прочность 275 Рис. 5.15. Типы скреплений двухстенных оболочек: а — продольные; б — винтовые; в — точечные температурные напряжения и ухудшаются механические свойства материала. Ввиду этого при прочностных расчетах камеры ЖРД необходимо учитывать температуру и неравномерность ее распределения по толщине внутренней оболочки, а также изменение механических свойств материала при повышении температуры.

Вторая особенность состоит в том, что разность бр между давлением в охлаждающем тракте р, и статическим давлением в камере р„, а также температура внутренней стенки Т,'р изменяются по длине камеры двигателя (рис. 5.1б). Из анализа изменения Ьр и Т,'р следует, что с точки зрения прочности р,т Рис.

5.16. Распределение давлений и средней температуры внутренней оболочки по длине камеры Схематически способы скрепления двухстенных оболочек можно разделить на три основных типа (рис. 5.15): продольные, винтовые и точечные. Тип скрепления имеет существенное значение при расчетах оболочки на местные прогибы. При расчетах на общую несущую способность он значительного влияния не оказывает. При работе ЖРД температуры наружной и внутренней оболочек различны и изменяются как вдоль оболочки, так и по ее толщине.

На рис. 4.1 показан типичный график изменения температуры по толщине наружной и внутренней оболочек камеры, откуда видно, что в наиболее тяжелых температурных условиях работает внутренняя оболочка. Средняя температура ее много выше, чем наружной оболочки, и, кроме того„значительно изменяется температура по толщине (тем больше, чем больше тепловой поток а,, проходящий через стенку, и чем меньше теплопроводность стенки).

При таких температурных условиях Охлвднтель работы в стенках возникают большие 276 Глава 5. Камеры сгорания ЖРД внутренней оболочки в наиболее сложных рабочих условиях находятся следующие ее участки: в камере сгорания, где давление р„наибольшее; у среза сопла, где существует наибольшая разность давления Ьр; и участки, расположенные около критического сечения, где в связи с высокой температурой стенки прочностные свойства металла наихудшие.

Вследствие этого прочностные расчеты внутренней оболочки необходимо проводить как минимум для двух сечений: сечения, где существует наибольшая разность давлений Лр, и сечения, где ожидается наибольшая температура внутренней оболочки. Третья особенность условий работы и расчета камеры двигателя на прочность состоит в том, что расчет по допускаемым напряжениям не всегда приемлем.

Дело в том, что одни только температурные напряжения в стенках камеры могут значительно превосходить предел упругости, так что материал камеры двигателя работает в области пластических деформаций при одновременном силовом и температурном воздействии. При проведении прочностных расчетов в пластической области для высокопластичных материалов (каковыми являются материалы, используемые для камер ЖРД) судить о степени надежности работы конструкции по величине возникающих напряжений очень трудно, так как в этой области небольшие изменения напряжений соответствуют большим деформациям, тогда как сами напряжения еще не достигают предела прочности. Однако, как отмечалось выше, эти деформации могут оказаться достаточными для того, чтобы привести к нарушению режима работы двигателя и, как следствие, к его прогару.

Поэтому основным критерием пригодности камеры ЖРД целесообразно считать не значения возникающих напряжений, а величину деформаций как оболочки в целом, так и отдельных ее элементов. Четвертая особенность состоит в том, что прочностные расчеты камеры ЖРД имеют характер проверочного расчета. Все основные размеры оболочек, способы скреплений, а также нагрузки на оболочку и ее температуры определяются, в первую очередь, условиями надежности системы охлаждения и обеспечения заданной тяги двигателя и лишь затем — условиями прочности. Если какие-либо элементы камеры не удовлетворяют условиям прочности, мы не можем изменять их размеры без введения существенных поправок в расчет охлаждения или тепловой расчет камеры. Например, мы не можем увеличить толщину стенки внутренней оболочки, так как при этом резко изменятся условия охлаждения.

Характеристики

Список файлов домашнего задания