Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Б. сииврев и м. В. Лозровоиьския Таблица 28 Величины приведенной длины 1„р камер сгорания некоторых жидкостных ракетных двигателей Значение )„и берется из термодинамического расчета. Нетрудно показать, что приведенная длина 1 и время пребывания - являются пропорциональными друг другу параметрами. Действительно, известно, что (см. в 37) (ЧШ. 10) откуда ~лт ~йлк (Ч1П. 11) Подставляя зто значение рз в выражение (Ч1П.
5), получаем Кк Бл т ~ивк (ЧП1. 12) ,т, у„, или, так как 1' к ил~ то Б„у' йв кк Т (ЧШ. 13) Для данного топлива практически можно считать, что к~ О~к» =сопя . Ктк Таким образом, мы видим, что т и ~„являются пропорциональными величинами. Расчет объема камеры сгорания ЖРД иногда проводят также по теплонапряженностн и по литровой тяге ЖРД.
Определение объема камеры сгорания по теплонапряженности 354 Согласно определению, данному в з 45, теплонапряжениость определяется выражением у = "к'" ккал)л сск, ОГ~д,„ к' к где 6 — секундный расход топлива в кг/сек; Π— теплотворная способность топлива в ккал/кг; л1„— коэффициент полноты сгорания; )г,— объем камеры сгорания ЖРД в л. При предварительных расчетах можно считать равным т1-„=1.
Величина теплонапряженности 0 для выполненных ЖРД имеет значение порядка 5ОΠ— 47ОО ккал/л сек (см. табл. 33). Задаваясь 0 и считая ть,=1, объем камеры определяют по формуле Ъ;= " л. (ЧП!. 16) Определение объема камеры сгорания по литровой тяге Литровая тяга Р, — это тяга ЖРД в килограммах, отнесенная к одному литру объема камеры сгорания Р Р = — кг/л, л (Ч!!1. 17) где Р— общая тяга двигателя в кг.
Отсюда Р (г„= — л. Р» (Ч1Д.18) Величина Р. для выполненных ЖРД изменяется в пределах Р,= 60 — 800 кг/л. Величины тепловой напряженности и литровой тяги связаны между собой. Вьгразим удельную тягу двигателя через теплотворную способность топлпва по формулам (1Ч. 20), (1. 12) и (Ч1П.
16). Тогда 2 к и Таким образом, литровая тяга пропорциональна величине— Ун„ и для данного двигателя соотношение между ними остается неизменным. Анализируя рассмотренные выше четыре критерия для опреде; лення объема камеры сгорания, можно сделать следующие выводы. Ни одичав из критериев не отражает влияния формы камеры сгорания на У„ хотя такое влияние, конечно, имеется. Кроме того, при расчете объема камеры сгорания по критериям не учитывается характер протекания процессов сгорания, зависящий от ряда конструктивных и физико-химических факторов. В этом недостаток всех вышеуказанных критериев. При подсчете объема камеры сгорания по теплонапряженности необходимый объем камеры сгорания $', получается тем больше, чем больше секундный расход топлива, а следовательно, чем больше давление в камере сгорания [см.
формулу (Ч!П. 16)1. Ранее было показано, что при постоянном размере критического сечения время пребывания в камере сгорания при увеличении расхода топлива, а следовательно, в давления не изменяется. Поэтому в этом случае увеличивать объем камеры не нужно. Таким образом, теплонапряженность (7 является критерием, не учитывающим влияние давления на необходимый объем камеры сгорания. Теплонапряженность и и литровая тяга Р, не отражают ос-' новной фактор, определяющий полноту сгорания смеси — время, имеющееся на протекание процесса сгоранвя.
Следовательно, эти 23» 35$ й 47. ФОРМЫ КАМЕР СГОРАНИЯ В ЖРД известны следующие основные формы камер сгорания (фиг. 123): 1. Шарообразная. 2. Цилиндрическая. 3. Коническая. Рассмотрим достоинства и недостатки камер каждой из этих форм. Шарообразные камеры сгорания Шарообразные и близкие к ним грушевидныв камеры сгорания имеют следующие достоинства: 1) наименьшую поверхность камеры сгорания при задан~ком объеме, что уменьшает вес камеры и облегчает организацию охлаждения; 2) в прочностном отношении такая камера сгорания требует наименьшей толщины стенки, ибо, как известно из курса сопротивления материалов, для шаровой Фиг.
123. Формы камер сго- раиия. а †шарообразн, б — пилинлри мекая. а — коническая, а — полу. тепловое сопло. кРитеРии не могУт быть использованы длЯ опРеделениЯ объема )гк без указания величины давления в камере. Действительно, вели рассмотреть данные выполненных двигателей, приведенные в табл. 33, то мы увидим, что имеется очень боль,шой разбег величррн 1/ и Р.. Более правильно определять объем камеры сгорания по приведенной длине /ор или по времени пребьгвания с, т. е.
по формулам (УП1. 6) н. (ЧП1. 8). Отметим, что в настоящее время и объем камер сгорания ВРД чаще определяется по величине отношения теплонапряженности камеры к давлению в ней, т. е. по величине, пропорциональной с. Пример 18. Определить объем камеры сюраиия двигателя, работающего иа топливе: 98с/в-яая азотная кислота+ксросии, если давление в камере сгорания р,=23 кг/см', расход топлива 0=10 кг/сгк, коэффициент избытка окислителя и =0,75. Решение: Определяем объем камеры сгорания по времени пребывания топлива в камере сгорания. По данным теплового расчета при а =0,75 и р,=23 кг/см' температура сгораиия Т, в камере равна Тя = 2853" абс.
Газовая постояииая продуктов сюраиия /7~=35,2 кгм/кг 'С. Задаемся с=0,0033 сск. Объем камеры сгорания находим по формуле (ЧП1. 5) . 0,0033 10 35,2.2853 23 10е камеры толщина стенки, определяемая допустимыми напряжениями п„,п в ней, равна а= ,~п' о 4опоп в то время как для цилиндрической камеры 2опоп Недостатком шарообразных камер сгорания является сложность |ехнологии вх изготовления; кроме того, в шарообразной камере сгорания остаетоя мало места для расположения форсунок, поэтому в головке камеры приходится делать форкамеры, что еще больше усложняет технологию ее изготовлений. Указанные выше преимущества1 и недостатки шаровых камер обусловливают применение их обычно для ЖРД больших тяг, где объем камеры сгорания достаточно велик и применейие форкамер целесообразно и где уменьшение веса камеры за счет применения шарообразной формы достигает существенной величины, хотя известны случаи применения шарообразных камер сгорания и для двигателей малых тяг 1двигатель «Вальтер», см.
фиг. 125). Примерами М(РД с шаровыми и грушевидными камерами сгорания могут служить также камеры двигателей ракеты А-4 (фиг. 124) и «Вассерфаль» 1фнг. 126). Камера двигателя ракеты А-4 имеет большие размеры; она выполнена грушевидной формы с шаровой головкой.
На шаровой головке технологически сложно размещать форсункв, поэтому подача топлива в камеру осуществляется через 18 форкамер 4, расположенных иа головке двумя концентрическими рядами: в первом ряду 6 и во втором ряду 12 форкамер 1см. схематичный внд на головку) . Камера двигателя имеет смешанное (внутреннее и наружное) охлаждение. Наружное охлаждение осуществляется горючим— спиртом, который подается по шести патрубкам б в кольцевой пояс 7, откуда спирт равномерно поступает в рубашку охлаждения, образованную внешней оболочкой камеры 10 в внутренней оболочкой 9.
Зазор в рубашке охлаждения невелик (всего 8 мм), и спирт с повышенными скоростями течет к головке двигателя, интенсивно охлаждая стенки камеры, Горючее, прошедшее рубашку охлаждения, подходит к главному клапану горючего 2, который в закрытом положении перекрывает доступ горючему из нижней полости 3 головки в верхнюю полость 1. Из полости 1 спирт может поступить в форкамеры 4. Внутреннее охлаждение двигателя осуществляется путем подачи горючего на огневую поверхность внутренней оболочки через четыре основных пояса охлаждения 8, 11, 12 и 14.
Каждый из трех верхних поясов охлаждения представляет собой стальное кольцо, к наружной полости которого подводится горючее. По большому числу мелких 3 4 (б й' (2 ! ! Рииюлсюсние Сгс(миюер иа голоВке ! фбаО ~- ГоРюнее(15/ -нюй ссггрю7 1-верхняя п ) 1 — 99739 Фнг. 124. Камера двигателя ракеты А-4. Окислитель (КислсрсВ7/ Г алость, 2 — главный клапан горючего. 8 — ннж. няя попаси гоаю. ~его, В-бюокаме. ра.
 — упоры для передачи силы тя. гн ка овму. 8- патрубок подводе 7 горючего 1 — коль. девай пояс, 8— нижний пояс внут. ронне"о охлажде. ния, 9 — внутренняя аболачяэ камеры И вЂ” виешня» обо. пачка камеры.П— 12 †поя внутрен. него охлаждения. 88 — дополнительный пояс анутоеп него охлаждения. 28 †верхн пояс внутреннега ох. лаждення радиальных сверлений горючее поступает на внутреннее охлаждение. Для прохода спирта, текущего по рубашке к головке, в поясах внутреннего охлаждения сделаны продольные сверлення, расположенные между мелкими радиальными отверстиями.
Горючее для внутреннего охлаждения подается в камеру также через дополнительный пояс охлаждения 13. Он состоит нз отверстий, выполненных непосредственно во внутренней оболочке 9. Эти отверстия расположены 12-ю группами по три штуки. Поступающее из ни~к горючее предохраняет стенки камеры от мощных струй горящего топлива, вытекающих из 12 форкамер внешнего ряда. В основные пояса внутреннего охлаждения топливо по четырем параллельным трубам подастся из верхней полости головки 1 только тогда, когда открывается главный клапан горючего 2. Гооюче Ггоола фнг.
126. Камера днмгателя ракеты «Вассерфаль». У вЂ” головка, У вЂ” наружная оболочка, Я-внутренняя оболочка, 4 — трубка подвода горючего, б — полость горючего. б — дистанционные полоски, 7 — штуцер ввода азотной кислоты. Отверстия дополнительного пояса охлаждения 13 заплавляются пробками из легкоплавкого материала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
