Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 72
Текст из файла (страница 72)
1. В результате смесеобразования необходимо обеспечить однородное по сечению камеры сгорания поле концентраций топлива, Другими словами, необходимо, чтобы по всему сечению камеры сгорания коэффициент избытка окислителя а (или соотношение компонентов «) был одинаковым и по возможности равнялся заданному коэффициенту избытка окислителя для всего двигателя в целом. Очевидно, что чем хуже будет выполнено это условие, тем хуже будет протекать процесс сгорания, тем больше будут потери ив-за~ физической неполноты сгорания, т. е. меньше будет коэффициент камеры.
2. Процесс смесеобразования должен обеспечить равномерное по сечению камеры сгорания поле расходонапряженности, т. е. скоростей движения топлива. Там, где расходонапряженность (т. е. скорость) будет выше, чем предполагалось при выборе объема камеры сгорания; процесс сгорания не будет успевать полностью закончиться и сгорание будет неполным.
В местах же, где расходонапряженность будет ниже расчетной, получится неполное использование камеры сгорания. 3. В процессе смесеобразования необходимо обеспечить достаточ- . ную мелкость распыла компонентов и хорошее перемешивание их между собой. От мелкости распыла к от интенсивности перемешивания сильно зависят равномерность горения и быстрота протекания процесса сгорания. Выполнение всех этих условий достигается путем правильного конструирования головок двигателя, т. е.
выбора соответствующего ,типа форсунок, формы головки и расположения форсунок на головке. Типы головок ЖРД Головки ЖРД бывают: плоские, шатровые и сферические с форкамерами. Плоские головки применяются для двигателей малых и средних тяг. Они наиболее удобны для цилиндрической и конической камер, хотя применяются и на камерах сгорания других форм. 'Плоские головки имеют следующие преимущества: — плоские головки простейшей конструкции очень несложны в изготовлении; — применение плоских головок на двигателе с цилиндрической камерой сгорания помогает обеспечить однородность поля скоростей и концентраций топлива по поперечному сечению камеры.
Недостатком простейших плоских головок является относительно малая их прочность и жесткость, поэтому они получили распространенпе только на ЖРД малых и средних тяг. 382 Плоские головки для двигателей больших тяг, имеющих большие поперечные сечения камеры, должны иметь специальную конструкцию, обеспечивающую их прочность и жесткость. Второй недостаток плоских головок состоит в том, что при использовании их в двигателе часто возникают затруднения с размещением пусковых устройств. Поэтому плоские головки удобнее применять при химическом зажигании топлива. Примерами ЖРД с плоски~ми головками могут служить двигатели, приведенные на фиг.
128 — 129. Шатровые головки по своей форме напоминают шатер 1фиг, 142). Они применяются на двигателях малых и средних тяг. Преимуществами шатровых головок являются: — большая поверхность, чем у ГОРючев плоских головок, что позволяет разместить большее число форсу- 0«~с««те« нок и таким образом обеспечить лучший распыл; — сравнительно легкая организация зажигания с по мощою электрической свечи или пиропатрона; Фвг. 142. Схематический ввд шатро- — хорошие прочностные свой- вой головки. ства.
Недостатки шатровых головок заключаются в сложности изготовления и в неравномерном распределении скорости движения топлива по сечению камеры. По оси камеры сгорания образуется как бы «жгут» распыленного топлива. движущегося с большой скоростью. Как видно из приведенной ниже схемы и описания форкамеры А-4, равномерность концентрации компонентов топлива по сечению головки может быть достигнута путем установки на головке большого числа форсунок различной дальнобойности. В этом случае струи горючего и окислителя могут проникать на различную глубину камеры сгорания, создавая равномерное распределение компонентов. Однако практически организовать таким образом хорошее смесеобр азование очень трудно.
Сферические головки с фор камерами применяются на двигателях с шарообразной нли грушевидной камерой, т. е. только на двигателях больших тяг. Преимущество сферических головок состоит в высокой прочности и жесткости конструкции, Недостатком является большая сложность изготовления. Все известные сферические головки выповтнялись с форкамерами, чтобы обеспечить размещение необходимого числа форсунок на головке и добиться надежного воспламенения горючей смеси при запуске. Постановка многих форкамер на двигателе с большой тягой об- легчает экспериментальную отработку конструкции двигателя, так как в этом спучае появляется возможность предварительной экспериментальной доводки только одной форкамеры.
Это значительно проще, чем отработка всей камеры в целом. Так же как и головки двигателей, форкамеры догчжны обеспечивать равномерное перемешиваиие коьйпонентов топлива и равномерное распределение его по поперечному сечению камеры. Фиг. 143. Феркамера двигателя ракеты А-4. ! †труб подвода окислителя. У-цеятральная стнуйная форсунка окислителя, 8 — верхмий ряд центробежных форсунок, Р-струйные форсунки боновые, 5 и б †комбинированн струйные я центро- бежные форсункн, 7 †внутренн оболочка форкамеры. Примером сферической головки является головка с форкамерами двигателя ракеты А-4 (см. фиг. 124). На фиг, 143 приведена форкамера двигателя ракеты А-4, Окислитель — жидкий кислород подается по трубопроводу 1 в центральную струйную форсунку 2.
Горючее — спирт поступает через форсунки 3, 4, Б, б, расположенные на боковой конической стенке форкамеры 7. 384 При таком подводе компонентов очень трудно добиться равномерного распределения топлива по сечению форкамеры. Для того чтобы в этих условиях улучшить смесеобразование, на форсунке окислителя размещено шесть поясов отверстий, расположенных под различными углами к оси форкамеры. Этим достигается более равномерное проникновение струй окислителя в объем форкамеры.
Форсунки горючего размещены пятью поясами. Верхний ряд 8 состоит из центробежных тангенциальных форсунок, имеющих малую дальнобойность. Они обеспечивают смесеобразование у стенки форкамеры. Следующие два ряда форсунок 4 — струйные. Они обеспечивают проникновение горючего в центральную область форкамеры.
Нижние два ряда б и б состоят из комбинированных струйных н центробежных форсунок, сделанных так, чтобы обеспечить наилучшее распределение горючего и смешение его с окислителем. Размещение на головке форсунок и других устройств Теория горения и смесеабразования в настоящее время еще не дает возможности производить расчет этих процессов для камер ЖРД. Поэтому при проектировании головки исходят из возможности удовлетворять основные требования смесеобразования путем использования результатов исследований н опыта эксплуатации двигателей. При проектированви головки прежде всего надо выбрать тип головки, наиболее подходящий к конструкции камеры н~ ее параметрам, а также типы применяемых форсунок. При размещении форсунок исходят из трех основных соображений. 1.
Размещение грорсунок должно обеспечить выполнение требований, предъявляемых к смесеобризованию. Для этого на головке следует размещать возможно болыпее .исло форсунок, причем расположены они должны быть наиболее равномерно. Если применяется однокомпонентное топливо или на головке устанавливаются двухкомпонентные форсунки,то равномерное размещение форсунок обеспечивает равномерное распределение горючего и окислителя по поперечному сечению камеры сгорания. При этом нужно стремиться только раоположить возможно большее число форсунок в головке, чтобы получить хорошее распыливание топлива. В двигателях, работающих на двухкомпонентных топливах, для обеспечения хорошего смесеобразования необходимо, кроме того, равномерное чередование форсунок горючего н окислителя.
Можно представить себе несколько способов расположения форсунок горючего и окислителя на головке двигателя. Шахматное расположение форсунок. Вэтомслучае форсунки горючего и окислителя располагаются в шахматном порядке, чередуясь между собой (фиг. 144,а). Недостаток этого способа состоит в том, что число форсунок горючего получается прива Г. Б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
