Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Строго газодинамическое профилирование сопла, при котором образующая сопла совпадает с линией тока, тре- 370 бует довольно кропотливой и трудоемкой расчетной работы, а также очень точного выполнения полученного профиля. Значительно проще наготовить сопло, профиль которого образован прямыми н дугами окружностей. На фнг. 133 схематически показано профилированное сопло. Конический участок 1 — 2 образован примымн. Участок 2 — 3 образуется шаровой поверхностью ~радиуса»1, и может оканчиваться конической поверхностью.
В последнее время ЖРД с профилированными соплами получили большое распространение. Примером ЖРД с профилированным соплом может служить двигатель, предложенный Зенгером (фиг. 134). й 49. ФОРОУНКИ ДЛЯ РАСПЫЛА ТОПЛИВА В ЖРД для распыла топлива в камере применяются следующие основные типы форсунок (фиг. 135): струйные (а н б) и центробежные (в, г н д). Конструктивно форсунки могут выполняться как в аиде простых тонких сверлений непосредственно в головке камеры двигателя, так и в виде отдельных самостоятельных узлов для подачи компонента, закрепленных в головке. Форсункн могут быть однакомнонентными и двухкомнонентными.
Схема двухкомпонентной форсунки изображена на фнг. 135,д. В ней смешение компонентов начинается в жидкой фазе еще в полости П, что способствует более хорошему смесеобразованвю. На фиг. 136 показана форсунка ЖРД «Вальтер». Она является комбинированной и используется для подачи окислителя и горючего. Горючее нз кольцевого канала 8 в корпусе форсунки 9 через отверстия 7 и б проходит в узкую кольцевую щель, образованную вставкой Б и корпусом распылителя 4.
Таки~м образом, горючее из форсункн вытекает тонкой цилиндрической пленкой. Окислитель, поступающий в форсунку через верхний штуцер 1, проходит вдоль оси форсунки и течет по винтовым каналам завнхрителя 2. Выйдя из завнхрителя, струйки окислителя проходят в коническую щель, образованную клапаном форсунки 3 н седлом распылителя 4. Окислитель вытекает из форсунки в виде тонкой конической пленки, которая пересекается с цилиндрической пленной горючего.
Такое пересечение струй способствует лучшему смешеннзо и распыливанню топлвва. Сообщение окнслнтелю вращательного движения способствует образованию симметричной конической пленки. Клапан форсункн окислителя 3 через шток 10 связан с пружиной П, усилием которой прн прекращении подачи окислителя клапан закрывается.
При переменном расходе окислителя это устройство способствует меньшему изменению перепада д~авления на форсунке. В дальнейшем будет излагаться расчет однокомпонентных фор-. сунок. Двухкомпонснтные форсунки можно рассматривать как узел, состоящий нз двух однокомпонентных форсунок. 24» вгя й о Х и й» й' о $ х Ф О Ю Х Ф ( ) сЪ 1 сЪ В Ы Я Р Я х Ф ы з О. х М о Р ю зг~ Ъ' И ф ° В + и~ Ю Ф4 х ю о о а >.
'„" Ы.й о .Ц. „, Ы Ю а..Р д аы Ь а а б к а 5е жо ~е М~ Сб Р 6 Я М Ы с Для хорошего смесеобразования в камере двигателя форсунки должны раопыливать компонент на возможно более мелкие капель- Фиг. 136. Комбинированная форсунка типа «Вальтер». / †штуц подвода окпслвтеля, у †винтов аавпхрвтель, у †клап, 4 †корп распылвтеля, 5 †встав, б и 7 — огверстпя для проходе горючего,  †кольцев канал, у †корп, 10 †шт, и †пружи.
ки н осуществлять возможно более равномерное заполнение им про- странства камеры. Струйные форсунки Струйные форсунки обычных типов наиболее просты для изготовления. Как видно 'из фиг. 135,а, они представляют собой сверг пения в головке камеры или в топливоподводяпщх стаканчиках. В то же время простые струйные форсунки имеют недостатки, затрудняющие организацию смесеобразования, которые заключаются в следующем.
373 Расчет струйных форсунок Расчет струйных форсунок производится на основе следующих соображений. Как известно, теоретическая скорость выхода несжимаемой жидкости из отверстия определяется по формуле Ьр те= 2~ рм/сек, т где Ьр= (р1 — рг) — перепад давления в кг/м'; я — ускорение земного притяжения в м/сек»; 7 — удельный вес жидкости в кг/м». Расход жидкости через форсунку с площадью отверстия [ определяется по уравнению расхода 6»=рш/7 кг/сек, (Ч1П. 21) где / — площадь поперечного сечения отверстая в м»; р. — коэффициент расхода, учитывающий сужение струи и уменьшение действительной скорости течения по сравнению с теоретической. Подставляя в (Ч1П.
21) значенве и из (ЧП1. 20), получим (Ч!П.20) 0ф = м~ ) '2айр7. (Ч[!1. 22) Расход жидкости через все форсунки для данного компонента составит О=~О =нРУ2ИвР7, (ЧШ. 23) 374 Распадение струи топлива на отдельные капли в струйной форсунке происход~ит з~а счет трения этой струи о газы, находящиеся в камере, и частично за счет колебаний давления в струе. Так как в форсунках такого типа топливо вытекает струйкой, то угол конуса распыла 2«у струйных форсунок невелик (10 —:15').
Зоны, где струя топлива распадается на отдельные капли, отстоят далеко от головки. Вследствие этого длина зоны распыла получается большой. Для улучшения распыла делают струйные форсувки с пересекающимися струями (см. фнг. 135,б). В этом случае струи компонентов, сталкиваясь между собой, быстрее дробятся, вследствие чего получается лучгпнй распыл с более коротким факелом топлива. Конус факела ~распыла такой форсунки больше, чем у обычной струйной форсунки, и доходит до 50 — 75'. Примером головок со струйными форсунками может служить головка двигателя Р-3395 (см.
фнг. 128) и двигателя «Вассерфаль» (см. фиг. 126). В двигателе «Вассерфаль» происходит пересечение струи топлива с несколькими струями окислителя, что также улучшает равномерность смешения компонентов топлива. Разновидностью струйных форсунок можно счнтать также щелевую форсунку, применяемую на двигателе «Вальтер» (см. фиг. 136). где Р— суммарная площадь отверстий всех форсунок; я Расход компонента~ 6 через все форсункн известен из теплового расче асчета 7КРД. Удельный вес компонента 7 тоже известен.
Коэффициентом расхода задаются в соответствии с размерами оверлеиня в струйной форсунке (фнг. 137). При — =0,5 —:1 происходит уменьшение расхода за счет суже! и иия струи (см. фиг. 137,а). Коэффициент расхода в этом случае равен и =0,60 —:0,65 и ейсвбивелаиае исвечение а) .а= з+л с( Фиг. 137. Истечение компонента иа струйной форсунка. При — =2 —:3 сужение струи также происходит, но так ка11 в 1 этом случае давление в узком сечении 1 — 1 (см. фиг. 137,б) вследствие разрежения меньше, чем в первом случае, то и скорость по узкому сечению выше.
Таким образом, расход жидкости возрастает, несмотря на сужение струи. Поэтому при — =2 —:3 значение коэф- и 1 фициента~ расхода выше, чем при — =0,5 —:1, и составляет: й и=0,75 —:0,85. Задаваясь ~перепадом давления на форсунках ар=3 —:8 кг/сма= (3 —:8) 104 кг/мт из выражения (ЧП1. 23) определяем общую необходимую суммарную площадь форсунок (Ч1!1.
24) Число форсунок на головке определяется при проектировании головки (см. й 50). Зная число форсунок я, определяем площадь проходного сечения каждой форсунки 1 Р Диаметр отверстой струйной форсунки в зависимости от общих размеров ЖРД берется равным й=0,8 —;2,5 мм.
Делать форсунки с диаметром меньше 0,8 мм не рекомендуется, так как они очень легко засоряются. Кроме того, сверленив отверстий таких малых диаметров сопряжено с некоторыми технологическими трудностями. Для облегчения сверления отверстий малых диаметров длину этого отверстия стараются делать минимальной, высверливая основную толщину материала большим диаметром. Значительное увеличение диаметра форсунок (болев 2,5 мм) ухудшает распыл подаваемого компонента, так как струя компонента получается слишком мощной и плохо распадается на капли. Если получившийся по расчету диаметр форсункв не подходит для данного типа~ двигателя, то приходится задаваться другим перепадом давления на форсунке Ьр или другим числом форсунок е.
Если необходимо делать несколько поясов струйных форсунок с разными диаметрами отверстий, то, строго говоря, следует учитывать то обстоятельство, что коэффициент расхода р, зависит от диаметра отверстия й. Однако для упрощения расчета можно брать для всех форсунок среднее значение коэффициента расхода г. Приведенная выше схема расчета сохраняется н при щелевых форсунках, для которых надо брать тол1 ко соответствукяцее значение коэффициента расхода. Центробежные форсунки Центробежной форсункой называется форсунка, в которой искусственно создается закрутка подаваемой через нее жидкости. Выходя из сопла центробежной форсунки, жидкость подвергается воздействию центробежных сил и образует тонкую пленку, которая очень быстро распадается на капли.
Центробежные форсунки дают очень широкий конус распыла (до 120') и короткий факел топлива. Это позволяет уменьшить длияу зоны распыливания компонентов топлива. Таким образом, центробежные форсунки дают лучший распыл, чем струйные, но изготовление их н размещение в головке более сложно. Центробежные форсунки по способу получения закрутки потока жидкости разделяются на тангенииальные форсунка (см.
фиг. 135,г) и форсунни с завихрителем (шнековые) (см. фиг. 135,в). В центробежной та н генц и аль ной форсунке жидкость входит в полость форсунки через отверстие, ось которого 376 перпендикулярна оси форсунки, но не пересекается с ней. В результате этого жидкость получает закрутку относительно оси форсунки. В центробежной:форсунке с завихрителем закрутка создается с помощью специального завихрвгеля, который имеет винтовую нарезку на наружной поверхности.
Д~вигаясь по винтовой нарезке, жидкость приобретает закрутку относительно оси форсунки. Движение жидкости по центробежной форсунке В центробежной тангенциальной форсунке (фиг. 138) жидкость поступает в полость форсунки через входное отверстие, имеющее радиус гви со скоростью в.„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
