Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Если известно распределение да по тракту «эталонной» камеры, геометрически подобной данной и работающей на том же топливе, то для определения д можно воспользоваться формулой пересчета ~,=( — ")" ~ — "':)к" —:. Эту же формулу можно применять для пересчета д при изменении рм. 2. Для режима рз,м1 проверяют подогрев охладителя. Если температура Т„,„, ниже некоторой максимально допустимой, то охлаждение камеры рассматриваемым компонентом принципиально возможно.
3. По формуле (22,6) определяют значения температуры стенки со стороны охладителя Т„,=т„,— дз.,р„„ Проверяют, не превышает лн Т„„допустимую температуру стенки. ПРи Тотл~Татлоп или, наобоРот, пРи чРезмеРно заниженной Тс .~ варьируют, если возможно, величинами б,ч и ХВ,, При неболь- шом отклонении их от первоначальных значений можно не делать пересчета д и Т„,.
4. Рассчитывают необходимые размеры проходных сечений охлаждающего тракта по формулам вида (22.1й). Определяют возможность конструктивною и технологического выполнения тракта и вносят, если необходимо, коррективы. Определяют скорости охладителя. 5. После профилирования тракта с учетом конструктивных и технологических требований проверяют принятые значения Т.... Для этого по формулам (22.10) или (22!1) определяют значейия ащ и а„по экспериментальным данным — значения аер и дщ„а затем — температуры стенки со стороны охладителя: Т,, =Т„+д,!ай,— (режим А, пузырьковое кипение); Т..*=Ть +д!а — (часть режимов А, режим В); Т =Тщ+д~а,— (режимы С и й). Далее рассчитйвают температуру стенки со стороны газа: Обычно достаточно совпадения заданных и полученных значений с точностью до нескольких процентов.
При больших расхождениях производят пересчет. б. Определяют потери давления в охлаждающем тракте и оценивают их приемлемость. Если какое-либо из условий наружного проточного регенеративного охлаждения не выполняется во всех возможных вариантах выбранной схемы, то это свидетельствует о необходимости изменения схемы охлаждения, в том числе применения других средств теплозащиты. 22.4. НАРУЖНОЕ РАДИАЦИОННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ При наружном радиационном охлаждении тепло, поступившее от продуктов сгорания в стенку, отводится от нее в окружающее пространство тепловым излучением.
На установившемся режиме, когда температура стенки достигает некоторого равновесного значения Т т,р и практически одинакова по толщине, уравнение баланса передаваемого тепла выглядит следующим образом: гт„, ы т„., ы (Т Т,р) е е ( ) т)ре где ер, — интегральная степень черноты наружной стенки, зависящая от материала и состоянии поверхности; г)ре — коэффициент эффективности оребрения, представляющий в данном случае отношение наружной и внутренней поверхностей. Нз уравнения (22.22) при прочих известных данных может быть найдено значение Т р.
На рис. 22.12 приведено графическое у М-0 В! /,н' Тл Х0 !00 0,0 200! дна 22.!2 1,0 /1„,5!!н! 0,01 О,! Рис. та 55 Рит. 52.2х ГраФвтеелое Режеиае уравнение теилажне баланов при аарулнмм радиавионаеи оллаждевиж тОИЛНВО изот+ее»ОЗНН 55; Л „=2; и+ — ПаДВОДаМОЕ ТЕПЛО; Р=етледвнео ТЕПЛО; Ло, 0,2; МПа! 41 о 1; Рз — — 1Л МПа. Ч»о 1.5 Риа. 22.23. Оиевиа аозможвоотеа иаружиете радваииоввото елааждевввз топлива: ! — Рз-1.нз: 2 — Орз+Взни! 5 — оз+нз! 4 — хзОт+азрознн-50 зш решение этого уравнения для некоторого условного примера. Точки пересечения кривых 4/!+! и ф — ! соответствуют значениям Т,,р. Видно, что эти значения уменьшаются по мере удаления от минимального сечениЯ сопла (с Ростом Р=г/гл). ЗначениЯ Т„р сУ- щественно зависят от еож снижаясь при ее увеличении, Рост давления, в камере сгорания, уве!.ичивающий тепловой поток в стенки, приводит к росту Т„,», Создание развитой оребренной наружной поверхности (увеличение 21рр) снижает То .»- Эти зависимости справедливы и в общем случае.
Наружное рал диационное охлаждение, отличающееся простотой и хорошими массовыми характеристиками, обеспечивает допустимые значения температуры стенки при относительно низких давлениях. В камерах ЖРД это концевые участки расширяющегося сопла, выполняемые из тугоплавких материалов с высокими значениями е„и имеющие развитую оребренную наружную поверхность. На рис. 22.13 ориентировочно приведен нижний предел значений степени расширения сопла из молибдена, начиная с которых для надежного охлаждения достаточно радиационной теплоотдачи в окружшо1цую среду, Кроме основного ограничения радиационного охлаждения по давлению имеется еще одно ограничение: для лучшего отвода тепла желательно размещение охлаждаемого элемента вне конструкции летательного аппарата. Дальнейшее развитие радиационного охлаждения в значительной мере зависит от решения ряда материаловедческих и технологических проблем.
Необходимы материалы, обладающие сочетанием большой жаростойкости, высокой степени черноты и хорошей обрабатываемости. 22зв ВНУТРЕННЕЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ВЕ Е Е СОЗДАНИЕ ПРИСТЕНОЧНОГО СЛОЯ смесителънОЙ ГОлОВкои Пристеночный слой, состоящий из низкотемпературных продуктов сгорания, можно создать с помощью смесительной головки, периферийные форсунки которой обеспечивают вблизи стенок камеры существенный избыток одного из компонентов, например горючего, в результате чего снижается температура пограничного слоя, При течении продуктов сгорания происходит процесс перемешивания ядра потока с пристеночным слоем.
Этот процесс зависит от степени турбулентности ядра потока и пристеночного слоя, определяемой смесительиыми элементами головки камеры и процессом горения. Обычно принимают двухслойную модель течения: ядро потока — пристеночный слой, и плотность теплового потока вычисляют по методике, описанной в гл. Х1У для й =А В связи с тем„что процессы радиального перемешивания компонентов топлива протекают относительно медленно, при правильной организации пристеночного слоя его защитное действие может сохраняться до минимального сечения сопла. ез. е е зхвесное охллжденив При этом способе защиты стремятся создать с огневой стороны стенки камеры равномерную по периметру, устойчивую жидкую или газовую пленку охладителя, которая вводится через пояса завесы. Каждый пояс расположен в одном поперечном сечении.
По длине камеры поясов может быть несколько. Для повышения устойчивости пленки часто применяют тангенциальный подвод охладителя через щели или отверстия в поясах завесы. При внутреннем охлаждении жидкостной завесой с докритическим давлением охладителя часть тепла продуктов сгорания расходуется на повышение температуры охладителя и егопоследующее испарение. Вследствие испарения пленка постепенно уменьшается, а затеи исчезает, и на некотором расстоянии сохраняется слой пара охладителя.
В качестве охладителя применяют компонент топлива (обычно горючее) или специальную жидкость с подходящими свойствами. Защитное действие жидкостной завесы состоит всниженииплотности конвективного теплового потока за счет уменьшения разности температур в пограничном слое, и сни- женин плотности лучистого теплового потока (жидкая пленка является хорошим изолятором от теплового излучения) и всоздании у стеноквосстановительной или нейтральнй среды. Кроме того, пленка защищает стенки от эрозиониого воздействия газового потока. Защитный эффект жидкостной завесы проявляется уже при очень малых толщинах пленки. Чрезмерное увеличение толщнны пленка приводит к возникновению волн на поверхности пленки, а затем и к возможности отрыва частиц жидкости («капельный унос» с поверхности). Следствием этого является неэффективное расходование жидкости и увеличение общих тепловых потоков к пленке изза увеличения ее поверхности.
Расход охладителя на жидкостную завесу может составлять от 0,5 до 5% общего расхода топлива. При таких небольших расходах трудно обеспечить равномерную по периметру, устойчивую защитную пленку необходимой длины. Пока необходимую длину защитной пленки определяют экспериментально, варьируя давление впрыска, размеры и расположение отверстий или щелей в поясах и т.
п. Степень снижения плотности теплового потока на участках жидкостной завесы может достигать 50 — 70ов. Характерной является стабилизация плотности теплового потока, начиная с некоторого значения относительного расхода жидкости, вводимой для создания завесы. Газовая завеса организуется либо при вводе на огневую стенку испаренного топливного компонента (например, водорода), либо при вводе продуктов газогенерации. яь а к технспнээциопнов охлаждения При этом методе теплозащиты внутренняя стенка камеры или ее часть, если транспирационное охлаждение применяется на определенном участке камеры, изготовляется из мелкопористого материала с диаметром пор в несколько десятков микрон. Пористый материал обычно получают спеканием порошков металлов или прессованием металлических сеток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
