Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 47
Текст из файла (страница 47)
17.8. Завоспмость удельпого мепувьса е пустоте от содержвнпп металле в топ- ливе РпС, 17.9. Завпспмость удельного импульса в пустоте от содержание металла в топливе Из гидркдоз металлов особый интерес представляют ВеН, и А!Нь Плотности этих веществ довольно высоки и равны 0,63 и 1,48 г/сме соответственно. Идеальный уделы~ый импульс в пустоте топлива НеОе+ВеНе при оптимальном соотношении компонентов (йж — — ,'1,611, ао =024), лес=!б й4Пз и в=3000 составляет 4800 м/с, т.
е. близок к удельному импульсу топлива (ге) .+(Нз) (см. табл. 17. 6). Это наиболее высокая характеристика для высокохнпящих топлив, горючее и оюклитель которых являются индивидуальными вещест.вами. Ввиду высокой теоретической эффективности металлосодержащих топлив значительную роль приобретают различные вопросы нх практического использования. Одной из важных проблем явля. ется проблема хранения и подачи металла в камеру сгорания. Важнымн являются проблемы реализации высокого импульса в связи с потерями, возможными вследствие неравновесного течения двухфазной смеси в сопле, и защиты камеры от воздействия конденсированных частиц. Содержание конденсата (окислов алюминия А1зОз, бериллия ВеО и др.) в продуктах сгорания прн оптимальном соотношении компонентов составляет до 407з по массе.
17.7. ГЕЛЕОБРАЗИЫЕ ТОПЛИВА Гелеобразные топлива исследуют в связи с решением задач создания хранимой однородной суспензии металлов в компонентах топлива, увеличения срока хранения криогенных компонентов топлив в условиях невесомости, улучшения эксплуатационных характеристик топлив и т.
д. Таблыца 17.8 Сравнение свойств металлнзнрованного я обычного горючего Гилравии ~ диомивиа1 Свойства Гилравии ~ Алвмивии Свойства состав и М состав в тй 1,008 1,270 0 97.10 — з 45 0 1,7.10т Плотность, г/смв Вязкость, Н с~ма Предел текучести, Н/ьтт Температура плавления, К 66,5 ЗЗ,О 0,5 100 0 0 Гидразин Алюминий Гелнруюптая добавка (моднфипированная полиакрилозая кислота) 274,66 270,86 178.
ПСЕВДОЖИДКОВ ТОПЛИВО Псевдожидкое топливо (или его компонент) состоит из порошкообразных веществ, которые можно флюидизировать газом по методу кипящего слоя и подавать в камеру сгорания ракетного двигателя аналогично жидкому компоненту. При прохождении с некоторой скоростью потока 'газа, т. е. ожнжающего агента, через слой сыпучего, зернистого вещества, частицы этого вещества начинают интенсивно перемещаться относительно друг друга, напо- 224 В статических условиях при небольших нагрузках и умеренных температурах гель ведет себя подобно твердому телу.
Его течение начинается после приложения сдвиговых напряжений, достаточных для разрушения структуры. При течении в однородном поле скоростей «обломки» структурного каркаса, отдельные частицы и макромолекулы ориентируются большими осями вдоль потока, снижая сопротивление дисперсных частиц теченшо и уменьшая тем самым вязкость. Степень разрушения структурного каркаса определяется градиентом скорости сдвига. Структура геля весьма чувствительна также и к изменениям температуры.
В гелеобразных топливах после снятия нагрузки обычно происходит восстановление разрушенной структуры в результате столкновения частиц в броуновском движении. Такое свойство геля разрушаться при сдвиге и вновь восстанавливаться в статических условиях называется т и к с о т р о п и е й. При получении гелеобразных топлив обычно используются химически активные или механические гелеобразователи. В качестве химически активных гелеобразователей применяют высшие жирные кислоты и нх соли (мыла), высокомолекулярные соединения (полимеры), тяжелые углеводороды.
К механическим гелеобразователям относятся тонконзмельчепные (размером 0,8 — 3 мкм) металлы и их соединения, снликагель, сажа, глина и т. д. В табл. 17.8 в качестве примера приведены свойства чистого гидразина и гелированного горючего «алюмизина». Весьма высокая вязкость геля уменьшается до значения, близкого к вязкости чистого гидразина, при разрушении структуры геля в процессе течения по трубопроводам. Алюмизин сохраняет стабильность в течение нескольких лет. миная при этом кипящую жидкость и приобретая некоторые ее свойства. Переход неподвижного слоя в кипящий происходит прн такой скорости газа, когда гидродинамическое давление потока уравновешивает силы, действующие на частицу: инершюнные, силы тяжести и др.
Псевдоожижение порошкообразных компонентов является возможным решением проблемы применения высокоэнергетических твердых элементов и соединений в ракетной технике. В настоящее время работы в области псевдожидких и гелеобразных топлив находятся в стадии экспериментальных исследований и стендовых испытаний опытных образцов двигателей. Г АРХИП СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ КАМЕРЫ (ГАЗОГЕНЕРАТОРА) ЖРД 18л. пиядвдвнтпльныв свглвння Определяющее значение для рабочего процесса в камере сгорания — процесса превращения компонентов топлива или продуктов газогенерации в продукты сгорания (газогенерации) имеет смесеобразование.
Смесеобразование — это совокупность процессов ввода, распределения, распыления и смешения компонентов топлива (или продуктов газогенерации). Смесеобразование осуществляется смесительной головкой. Возможны различные конструкции смесительных головок: форсуночные, если для впрыска (ввода) компонентов топлива или продуктов газогенерации используют форсунки различных типов; струйные, — в которых подача осуществляется через отверстия в корпусе головки; щелевые, — в которых для ввода используют ряд щелей, обычно концентрических; форкамерные — с предкамерами малого объема для предварительного смесеобразования и сгорания компонентов и др.
Наиболее широкое применение для ввода компонентов топлива и продуктов газогенерации в огневое пространство камеры сгорания нашли форсунки различных типов, которые по основным признакам подразделяют на жидкостные, газовые и газожидкостные (в зависимости от агрегатного состояния поступающих веществ)"„ струйные, центробежные и струйно-центробежные (в зависимости от конструкции); одно- и двухкомпонентные — по числу компонентов, вводимых одной форсункой и др. Конструкция форсунок и их взаимное расположение определяют качество смесеобразования. Примеры некоторых типов форсунок показаны на рис.
18.1, 18.2. 8 2661 в Рне. 18.1. Онновоынонентные Фареуввв: а. б — отрубные; о. е — центробежные; д-етруйно-центробежнее 1 Г пмпопппт ~омпонинк ЖиРппппте Рне. 16Л. Двухвоывовентные бвцжуввн Идеальный секундный расход через форсунку, т. е. расход, соответствующий одномерному певязкому течению, определяют из уравнения Бернулли Рех ~х Ох ~х ох+ к Фех 2 Ях 2 откуда для несжимаемой жидкости (д =сопз1) получают твех Лйфжх=Р О )'2аН, ЬН=~ж ~»+ — "" еж (18. 1) где Гф — площадь выходного сопла форсунки, параметры с индексом «вх» соответствуют условиям на входе в форсунку, с индексом «к» вЂ” условиям в камере сгорания.
Обычно значение скорости н1 относительно невелико по сравнению с н1„так что слагаемым йв /2 можно пренебречь. В этом случае уиф „х=РФ 3/ арф ож, где Лре=р, — р, — перепад давлений на форсунке. Коэффициентом расхода форсунки называют отношение секундного расхода через форсунку к идеальному значению, т.
е. Рф — — тф/тф, откуда, соответственно имеем тф — — РФГЧ0 )/ 2АБ и при малых значениях щ„, тф —— рфрф 3/ 2Ьрфо . (18. 3) В ЖРД используют сравнительно невысокие значения перепадов Арф(0,5 — 3,0 МПа). Смесеобразование должно удовлетворять ряду требований. Основные из них — рбеспечение высокого значения удельного импульса двигателя и устойчивой работы. Для этих целей необходимо, с одной стороны, обеспечить достаточно однородную смесь компонентов топлива по соотношению компонентов и расходонапряженности по площади камеры сгорания при требуемом качестве распыливания. Эти факторы способствуют высокой полноте сгорания топлива, однородности и стабильности поля температуры газов. В то же время известно (см.
гл. ХХ ч'П), что для подавления (демпфирования) низкочастотных и высокочастотных колебаний давления в камере сгорания наряду с правильным выбором масштаба смешения (шага форсунок, нх конструкции, перепада давлений и т. п.) необходимо введение определенных отличий во времени преобразования топлива по площади камеры сгорания. Это достигается за счет неравномерной эпюры расхода и крупности капель центробежных форсунок, сочетания форсунок струйного н центробежного распыла, введения определенных отличий в расходе через одноименные форсунки и другими средствами. Значительное повышение устойчивости рабочего процесса по отношению к высокочастотным колебаниям давления достигается, введением на смеси- тельных головках охлаждаемых, либо неохлаждаемых антипульсационных перегородок. В ~ряде известных конструкций антн~пульоацнонные перегородки выполняют в виде близко расположенных одно- или двухкомпонентных форсунок, выступающих на 30 — 60 ми над поверхностью огневого днища голонки.
Расположение форсунок (отверстий или щелей для подачи компонентов) должно обеспечивать равномерность температурного поля у стенок камеры сгорания для предохранения их от прогара Правильно выбранный комплекс мероприятий по обеспечению устойчивости и охлаждения не должен приводить к снижению полноты сгорания топлива и удельного импульса. 18.2. СТРУННЫЕ ФОРСУНКИ м. к ь однокомяонвнтныв ствуииыв еовсункн В струйных форсунках жидкость (газ) выходят в виде одной или нескольких струй. Возможны различные конструкции струйных форсунок и характер истечения струй жидкости. Форсуночные или 8» т Рис.
1а.а. Рааиовидкости истечеии» струй жидкости: о — отверстие с острыми кромками; б — отверстие со скруслеавыми «ромквма: е — канал с острымк «ром сама и болыким отиоыекисм длккы к диаметру; с— какал с отрывом истока; д †труб Веиуурк Рис, 1а,4. зависимость ковффаииеита раскода струйкой форсуики от Не и 1ус1 В,о ;:й4' Усср д дх 0,4 00 0,7 Вту 4 6670970а 7,У 4 56700704 2 Ве * Сточек Н. П., Шапиро А. С. Гидравлика жидкостных ракетных двигателей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
