Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 65
Текст из файла (страница 65)
приведет в этом случае к увеличению толщины жидкого слоя, что по указанным выше причинам (незначительное термическое сопротивление жидкого слоя по сравнению с паровым) существенного вли|яния на теплообмен не оказывает. Таким образом, основной задачей при организации внутреннего охлаждения является создани~е устойчивой паровой завесы у стенки. Теплидес 75 "уа Сз НбОН+ газ Ои 0хладитель - дода Разновидностью внутреннего охлаждения является так называемое «пористое охлаждение». В этом случае стенку камеры изготовляют из пористого матери~ала.
Охладитель поступает через очень малые отверстия равномерно по всей поверхности камеры (фиг. 112). В качестве охладителя при пористой стенке могут быть использованы как жидкость, так и газ. На фиг. 113 приведены экспериментальные данные по охлаждению пористой стенки путем подачи через поры холод~ного воздуха. Как видно из эрнах данных, при хорошей организации внутреннего охлаждения, которую обеспечивает пористый материал, для создания надежной завесы требуется незначительное количество газа.
Однако делать камеру'целиком из пористого материала нецеле- сообразно, так как устойчивую паровую завесу можно создать и с помогцью пояса подачи жидкости на внутреннее охлаждение. Кроме того, крупным недостатком имеющихся пористых материалов является их малая прочность. Ввиду этого камеры двитателя Понг он прорукюоо сгорании Заигиюный слой лара Пленка кгийкосюи Порислгал стенка Оклажрающая ындкосюь Фиг. 1!2. Схема пористого охлаждения. пришлось бы делать толстыми и тяжелыми.
Вторым недостатком пористых материалов является то, что при работе двигателя поры материала могут быстро засоряться и поэгюму очень трудно создаФ: пористый материал с постоянным по времени гидравлмчески~м сопротивлением на всей поверхности материала. б„„'с 000 Уоа ооо 200 Г00 000 000 агом*сок Фиг. 113. Экспериментальные данные по теплопередаче в пористую стенку. Во всех известных конструкциях ЖРД, имеющих внутреннее охлаждение, паровая завеса создается с помощью поясов охлаждения, выполненных в виде кольцевой щели или в виде ряда отверстий.
341 По-видимому, можно так организовать внутреннее охлаждение, что камера двигателя будет работать необходимое время без прогара при одном только внутреннем охлаждении. Но большой недостаток внутреннего охлаждения всех видов состоит в том, что охладитель, дополнительно поступающий в камеру, не участвует полностью в процессе сгорания и общая удельная тяга ЖРД с внутренним охлаждением меньше, чем удельная тяга ЖРД с наружным охлаждением.
Поэтому в настоящее время защита от прогара стенок подавляющего большинства ЖРД производится с помощью так называемого смешанного охлаждения. Смешанное охлаждение Смешанным называется одновременное охлаждение камеры как путем снятия тепловых потоков охлаждающей жидкостью, протекающей в рубашке охлаждения, так и путем подачи защитной завесы по всей длине камеры ! ° или в наиболее опасных местах ее.
Обычно наиболее опасная вона †входн и критическая ....;1 часть сопла. о Примером ЖРД со смешанным охлаждением является камера двигателя ракеты А-4 Подача спорта спйрта бпп (фиг. 114), Пояса побачи 'бтгпаргтного бпчтргонгго К ЖРД со смешанным охпаибгоия охлаждением относятся также и ЖРД, в которых пояс подачи топлива для защиты стенок от горячих продуктов сгорания Фмг.
114. Пояса охлаждения в камере расположен на периферии годвигателя ракеты А-4. ловки, например, камеры дви- гателей БМВ и Р-3395. Строго говоря, к ЖРД со смешанным охлаждением следует отнести также двигатели, в которых снижение температуры в пристеночном слое достигается путем соответствующего раоположения форсунок горючего и окислителя в головке камеры двигателя.
Защита стенок камеры двигателя от прогорания с помощью покрытий или путем аккумуляции тепла Весьма эффекти~вным может явиться способ защиты стенок ЖРД от прогара с помощью защитных покрытий стенок с огневой стороны жароуцорной керамикой. Так, например, К. Э. Циолковский предлагал обкладывать внутренние стенки камеры двигателя графитом, вольфрамом или другими жароупорными материалами.
На фиг. 115 показана камера сгорания ОРМ-9, разработанная в 1930 г. В. П. Глушко. На этой камере проводилась отработка керамической теплоизоляции на основе окисей циркония и магния. 342 В сопловой части камеры была сделана медная вставка для аккуму- ~ ляпни тепла. Однако, несмотря на то, что работы по использованию керамиче- ~ ских покрытий для защиты стенок камер сгорания ведутся давно, до 1 г Фиг.
115, Камера сгорания двигателя ОРМ-9. à — керамнческае пекрытне; 2 — медная вставка для анкумуляцвн тепла. настоящего времени этот способ не нашел еще широкого распространения, так как существующие керамики под воздействием температурных напряжений сильно растрескиваются. уле1тев 1р1л ~10 к умсел а му е 50 грр 1УО рраг с Фиг. 1!Б. Физические константы керосина, В ЖРД очень кратковременного действия (до 7 сок.) камеры двигателя для предохранения от прогара делают с очень толстыми стенками из весьма теплопроводного материала. Тепловой поток.
поступающий в стенки камеры, благодаря хорошей теплопроводности быстро поглощается и распространяется по всей массе металла ы таким образом как бы аккумулируется в стенках камеры. 343 Ъ утнума 1утт)йакг/мсек ~ киню мни пю ао Фик 117. Физические константы спирта 344 р ) 10 з кг/мсек Г ! 1500 Ср 050 1000 1,а 05 500 005 Фиг. !!8. Физические константы азотной нислоты, у«у нз 1054!10«кг/мггк м «ас ср 15 00 1500 05 1000 0,4 500 050 05 15 О 5008'С 345. У ккал мклг«С «г~мз В ккал БР кг«С- клал г~~~ «С 20 40 50 00 1ОО И7 140 1БО 180 2005 С 50 100 150 Фиг.
! !9. Физические константы воды. дь" агр 151 вз . гъв дб 1' дду иийз идд оспа Кее о го ао бб <:ио> 169 ?го гзр гбо гвб с'с Фиг, 120. Зависимость коэффициента 2 от температуры 346 ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ 1. Какие основные виды передачи тепла вы знаете? 2. Что называется удельным тепловым потоком? 3. Как происходит передача тепла путем конвекции? 4. Что такое массовая скорость? 5. Лайте определение коэффициента теплопроводиости и коэффициента теплоотдачи. 6.
Укажите основные особенности лучистого теплообмена в газах. 7. Как происходит передача тепла в камере ЖРД? 8. Укажите основные особенности теплообмена в ЖРД, 9. Как изменяется Т,. „ и Тзьст с увеличением скорости движения охлаждающей жидкости при наружном охлаждении? 16. Как изменяется Тг.ст и Тасст при увеличении коэффициента теплопроводности материала стенки камеры двигателя? 11.
Как влияют давление и температура в камере сгорания на тепловой моток в стенки камеры двигателя? 12. Опишите основные схемы наружного охлаждения. 13. Какие формы охлаждающих трактов вы знаете? 14. Какие виды охлаждения ЖРД вы знаете? 15. Что мы называем внутренним охлаждением? 1б. Какие способы внутреннего охлаждения вы знаете? 17. В чем заключаются недостатки применения пористых материалов для применения внутреннего охлаждения? 18. Укажите основные недостатки внутреннего охлаждения. 19. Какой вид охлаждения ЖРД мы называем смешанным охлаждением? 20.
Приведите примеры использования смешанного охлаждения. ЧАСТЬ ВТОРАЯ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ По элементам конструкции жидкостный ракетный двигатель делится на камеру двигателя и систему подачи вместе с баками. В некоторых двигателях имеется также отдельная силовая рама. К а м е р а двигателя — это основной агрегат жидкостного ракетного двигателя, в котором осуществляется сжигание топлива и преобразование тепловой энергии образующихся газов в кинетическую энергию для непосредственного получения реактивной силы.
С и с т е м а п о д а ч и — это совокупность устройств и механизмов, необходимых для хранения и осуществления подачи топлива в камеру двигателя. Она включает в себя также арматуру, обеспечивающую запуск, остановку и правильное дейспвие двигателя в период его работы. Силовая ~р ам а необходима для передачи силы тяги на корпус ракеты и правильной установки двигателя относительно корпуса ракеты. Расчет сгорания в истечения в двигателе дает возможность определить только основные размеры сопла двигателя, удельную тягу и расход топлива.
Все остальные размеры, а таюже конструктивные формы камеры двигателя в системы подачи определяются при проектировании ЖРД. При проектировании двигателя надо стремиться выполнить следующие основные требованмя: 1. Обеспечение качественного протекания теплового процесса в камере двигателя. 2.
Высокое весовое совершенство ЖРД. 3. Надежность работы ЖРД. 4. Технологичность конструкции, обеспечивающую возможность массового или крупносерийного производства двигателя. ГЛАВА ЧН1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАМЕРЫ ДВИГАТЕЛЯ По элементам конструкциями кам~ера двигателя состоит из головки. камеры сгорания и сопла. Головка камеры двигателя — это часть камеры ЖРД, в которой расположены устройства, обеспечивающие ввод компонентов топлива в камеру сгорания, распыл, а иногда и воспламенение их при запуске двигателя.
В камере егор а н и я происходит испарение, смешени~е и сгорание компонентов топлива. Соплом камеры двигателя называется часть камеры ЖРД, в которой тепловая энергия газов преобразуется в кинетическую. Разделение между камерой сгорания и соплом производится условно. Можно принять, что камара сгорания кончается в том сеченни, где скорость движения продуктов сгорания приобретает значительную величину. Таким сечением можно считать сечение, площадь которого равна утроенной площади критического сечения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
