Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 95
Текст из файла (страница 95)
Рассмотрим в качестве примера вычисление скорости в районе щелевых компенсаторов. Случай, когда щели обращены к переднему днищу, показан на рис. 35. 2. В первом приближении обычно принимают, что в любой момент времени гидравлическое сопротивление шелевого канала одинаково при истечении газа через торец и при истечении в центральный 1Ь 2бб1 449 Рпс. аар. Слома ал» опрепелепаа местаыл саоростаа потока (щлпп абращмме а пермскому ааплеут канал.
Тогда расход газа через торец щели будет пропорционален отношению плошади торца щели еб к полной площади живого сечения щели, через которую вытекает газ (хб+аб): и,атИо 2к+ Ь е (35. 2) Ра к+а б где 0(х(Т.. Если щели обращены к.сопловому днищу (рис. 35. 3), то при малой относителыюй ширине щели (б/а~0,1) принимают, что стенка камеры омывается газом, образующимся в щели и выходящим через торцовое сечение. Тогда скорость в сечении х равна (35. 3) Ро Прн значительном разгаре шелн (б/е)>0,1) принимают, что газообразованис с боковых поверхностей не оказывает существенно- го влияния на гидродинами- .4 ку потока.
В этом случае "'(л)~ скорость может быть определена из выражения (35.1), в котором для каждого данного момента времени т следует использовать: 5(т, х)— суммарную площадь поверхРас. лаь„слема ллп определенна местнмк скоРо- НОС(и Гпрсиия Заряда вверх стеб потока (щелн обращены к соплоному плащу) по потоку от расчетного сечения х; Р(т, х) — площадь проходного сечения проточной части.
Расчет распределения плотности теплового потока по соплу РДТТ проводят по методам гл. ХЬЧ Зй.з. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ТЕПЛОВОИ ЗАЩИТЫ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ в РДТТ применяются способы охлаждения конструкции, показанные в табл. 22. 1, за исключением наружного проточного охлаждения. Кратко рассмотрим специфику применения способов тепловой защиты. и. т.
ь рбдилциониоа охлаждения Для определения равновесной температуры стенки справедлива зависимость (22. 44). В РДТТ, где толщины стенок больше, чем в язв 2КРД, возможно заметное различие в температурах стенки с горя- чей и холодной стороны н стационарный режим может быть не до- стигнут. Период нестационарного прогрева с учетом излучения во внешнюю среду описывается уравнением стт «~т ~т «23 (35. 4) ГДЕ 2 Етт — тЕМПЕРатУРа СТЕНКИ В МОМЕНТ ВРЕМЕНИ Т. Эффективный отвод тепла излучением начинается с температуры Тж700 ...
800 К, процесс становится практически стационарным прн Т 1700 ... 1800 К. 36. 2. 2. ВНУТРЕННЕЕ ОХЛАЛ«ЛЕПИК Внутреннее заууеснос охлаждение может быть организовано в РДТТ с помон3ью дополнительного заряда топлива, имеющего низкую температуру горения (рис. 35.
4). Роль газовой завесы в атом случае та же, что н охарактеризованная в разд. 22. 5. Внутреннее транспирационное охлаждение на наиболее напряженных участках сопла мо- ! жст быть организовано аналогично транспирацнонному охлаждению ЖРД.
В качестве хладагента могут применяться, например, металлы с низкими температурами, но высокими теплотами плавления и кипения. 332.А ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ Для тепловой защиты РДТТ применяются неразрушающиеся (инертные) теплаизоляцнонные покрытия, хотя и опраниченпо. Для злементов конструкции РДТТ характерны ббльшие толщины покрытий, чем в ЖРД, а также применение многослойных покрытий. В табл. 35.
1 приведены расчетные данные, характеризующие !5е 452 36. 2. 3. ЕМКОСТНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ Рнс. 36Л. Свенз ергвннзецнв внутрвннего овлвл«- Емкостное охлаждение довольно широко при- денем меняется в РДТТ, особенно в двигателях с 2 — основное тонлнво; 2— ннзкотеннсретурное тоннебольшим временем работы, в том числе и в лнео модельных. Условия нагрева стенок РДТТ зависят от изменения начальной температуры заряда. Низкой начальной температуре заряда соответствует меньшее давление в камере сгорания, а следовательно, и меньшее значение козффицнента теплоотдачи. Одновременно возрастают нрсмя горения и общее количество тепла, переданное стенке, увеличивается ее средняя температура.
Следовательно, в отношении прочности (в расчетах обычно используются прочностные характеристики при Т„,,р) условия работы при низких температурах заряда являются определяющими при расчете злементвв конструкции. Таблица 35.1 Распределение температур в стенке камеры сгорании РДТТ Вол термоило- лиции С тириоиио- ллциоа 3,30 0,25 Толщина стенки, мм Таищииа слоя термоизоляция, мм Температура в конце гореиия, К: иа внутренней поверхкости термоизоляции яа внутренней цоверхиости стальной стенки иа наружной поверхности стальной стенки С едияя температура стальной стенки, К К' олицесгво тепла, передаииое в степку, кДж(мт 2063 756 533 618 3745 И53 1116 1238 11800 влияние инертного тугоплавкого покрытия иа распределение температур в стальной стенке.
Как видно, тонкий слой покрытия с низкой теплопроводностью резко снижает тепловой поток в стенку и значительно улучшает условия ее работы. зк к к двляциоииои охлдждвиия Абляционное охлаждение с внутренним уносом массы — наиболее распространенный вид теплозащиты РДТТ. Условия работы тепло- защитных покрытий в РДТТ тяжелее, чем в ЖРД, так как продукты сгорания твердых ракетных топлив содержат, как правило, значительное количество конденсата, частицы которого интенсифицируют теплообмен и оказывают на материал эрозионное воздействие. В качестве абляционвых материалов наиболее часто используют композиционные материалы высокой плотности. Основу их наполнителя составляют фенольные, фенилсилацовые и эпоксидные смолы. Основной тип армирующих волокон для аблирующих пластмасс высокой плотности — графитовые волокна и стеклонолокно.
Стекляяные или кварцевые волокна укладываются таким образом, что при размыве связукнцего вещества выступающие концы волокон образуют «щетку». Защитный слой такого абляционного материала показывает хорошую эрозионную стойкость ~651. Обсуждают также возможность применения волокон из поли- кристаллической двуокиси циркония, нитрида бора, двухслойных углекремнеземных волокон. Для примера в табл. 35.2 приведены характеристики некоторых абляциониых материалов. Известным ограничением для применения многих теплоззщитных материалов служит их высокая жесткость, что может привести к их преждевременному разрушению под воздействием механических и термических напряжений. Поэтому в качестве ТЗП применяют и так называемые эластифицированные полимеры.
Наиболес распространенными из них являются акрилонитрилбутадиеновый каучук с нзполиителем из 510з и асбестовых волокон, бутадиенстирольный каучук с иаполпителем из углерода 1уголь, графит) Таблица 35.2 характеристики некоторых абляцнонных материалов Состав материала а4М фенольнгй смолы, 66% 'а яо, 66% Фенольяой смолы 64не уголь но-кремневемной ткани ббн фенольной смолы, бтн уголь- ной гкаии Характеристики Плотность, г(сме Температура бблируто(цей по- верхности, К Скорость абляцин линейная, ми/с 1,58 3348 2,25 1,58 2975 1,44 4005 1,12 2,65 и асбеста.
Эти материалы химически совместимы с нитроглицери- ном и могут применяться в РДТТ с зарядом из двухосновного топ- лива. 6З.б.б. КОМВНННРОВАННИЕ СИСТЕМЫ Рис. 36.6. Схема тепловагциты сопла РДТТ! ) — теплоаащитнан облицовка камеры [нвполнемвый нитрплбугадиеновый полимер): у †входн конус (фенольная смола — графвтовая ткань. Фенольная смола — кварцевая ткань) б †горлови (графит, Фенольвая смола — графит)г 4 — теплоиао.
лвция горловнмы [фенольиая смола — кварц, Феиольная смола †асбе, Феиольиая смола †стекло); 6 †растр сопла (фенольиая смола — графит, фенольная смола — углеткань, Фенольиаа смола — кварц, фенольнаа смеха — стекло): б— силовая конструкция [алюминий, сталь. наметанный волокинт) числа охарактеризованных выше. На рис. 35. 5 приведена типичная схема теплозащиты сопла РДТТ.
На ней, в оснсеном, показаны варианты абляционного охлаждения. Последнее часто дополняется емкостным, внутренним завесным и наружным радиационным охлаждением. Если для ЖРД преимущественно применяются системы тепловой защиты, не предусматривающие «жертвенного» уноса массы элементов конструкции, то для РДТТ характерны системы мероприятий, сопровождающихся уносом массы теплозащитных покрытий. Масса ТЗП может достигать 20 — 40% массы конструкции современных РДТТ. 35.3. ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИИ згНОСА 34АССЫ Итак, унос массы при организации теплозащиты РДТТ, имеющего относительно болншое время работы, практически неизбежен.
Важ- но, чтобы этот унос был программированным, т. е. подчи- 156 2661 В современных РДТТ практически нс применяется какой-либо один способ тепловой защиты в чистом виде. В выполненных конструкциях обычно осуществляется комбинация различных способов из нялся некоторым, надежно известным закономерностям, например, в виде зависимости скорости уноса массы от времени. Знание закономерностей уноса массы необходимо не только для расчета собственно теплозащиты, но и в других целях. Уносимая масса ТЗП выбрасывается из сопла двигателя и оказывает двоякое влияние на энергетические характеристики аппарата: во-первых, изменяется массовое число аппарата рк; во-вторых, продукты разрушения ТЗП участвуют в создании реактивной силы.
36. Х Ь ВЛИЯНИЕ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (35. 5) Гятзш*ятт=Ктзп. Массовое число аппарата с учетом расходования ТЗП можно записать так: эоо( +Этап) Юков + Эчоо 1+я пан р тзп + (о'о.о/~т) + Н . (35. 6) где а — коэффициент массового совершенства двигателя, определяемый по массе конструкции„не изменяющейся во время работы (см.
разд. 3. 1). Унос массы ТЗП, реагирующей с основным потоком, сказывается и на удельном импульсе. Термодинамические расчеты, выполненные для различных ТЗП и различных условий смешения продуктов разложения ТЗП с продуктами сгорания смесевых твердых ракетных топлив, показали, что ориентировочно снижение удельного импульса смеси составляет 0,5% на каждый процент расхода ТЗП, т. е. Г Р 1 Атзп (35. У) Суммарно учитывая изменение массового числа аппарата и изменение удельного импульса, идеальную скорость полета можно записать так: р'„„ = тж, 1 в ~ тзп )и (35.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
