Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Изменение удельного импульса для контуров, укорочен. нык до заданной геометрической степени расширения удельного импульса составляет б1у,, =- 1у,„,— цена (эквивалент) единицы массы сопла в единицах удельного импульса; Ьгп, — увеличение массы сопла, пропорциональное увеличению боковой поверхности. Таким образом, при решении задачи о выборе контура с учетом влияния массы для каждого контура в зависимости от степени его укорочения можно вычислить эффективный удельный импульс по формуле 1у. п = (1 ьг) 1у, и — Ьгпс (22.)2) где яг, =- а + с(с, (! — боковая поверхность расширяющейся части; а, с — константы. Затем среди контуров, имеющих одинаковый ограничивающий параметр (например, длину, геометрическую степень расширения), следует выбрать контур с максимальным эффективным удельным импульсом, например контур 5.
Кроме укороченных сопел, находят применение сопла с экстремальным контуром, рассчитываемые по методике, предложенной Л. Е. Стерниным. Как показывают расчеты, экстремальные контуры сопел, имеющие одинаковую с укороченными длину и степень расширения, более выпуклы по сравнению с укороченными контурами (рис. 22.4). Экспериментами на дифференциальной установке и расчетами установлено, что суммарные потери импульса из-за трения и рассеяния в экстремальных соплах могут быть меньше на (О,! ... 0,3) %, чем в укороченных, при одинаковых длине и геометрической степени расширения сравниваемых сопел и при (~та+ ~р) (3% После того как контур сопла выбран, определяют окончательно коэффициенты потерь ьр, ь,р, ь„и коэффициент сопла Чзс.
Если значение гр, заметно отличается от принятого ранее, необходимо повторить расчет секундного расхода топлива и геометри- Ф ческнх размеров камеры. 22.4. Контуры сопел: ! — укорочсииыя; у — зкстрсыальлыя (л = 1,1С. Т = 0,1): 3 — зкстрслаль. ст = ныа ирл С = а 241 22.4.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ Задание на расчет параметров газогенераторов может включать такие данные: тип ЖГГ (однокомпонентный или двух- компонентный) и топливо, секундный расход газа и его изменение по времени гйг„(т), давление в газогенераторе ргг, время работы т, Зависимость т„„(т) устанавливают в ходе расчета параметров системы подачи топлива (см. гл.
ХХ1Ч). Давление р„г выбирают в зависимости от назначения газогенератора: привод ТНА или предкамерной турбины, системы вытеснительной подачи топлива или наддува баков и др. Например, для ЖРД с дожиганием генераторного газа давление ргг определяют из условия баланса мощностей в ТНА для принятого давления в камере р„(см. гл, ХХ1Ч). После того как выбрано давление ргг. рассчитывают свойства продуктов газогенерации (см. гл. Х1Х); часто данные относительно этих свойств заимствуют из экспериментов. Объем У„, однокомпонентно~о ЖГГ с каталитпческим или термическим разложением представляют суммой объемов (22.
13) 1 гг — 1 е+ 1 к+ 1 кон. Эффективный объем газогенератора 1', должен быть достаточным для разложения топлива. Этот объем определяют по времени пребывания т,: 1', = т.„гп !р„„, (22.14) где р — плотность продуктов газогенерации. Объем пакета катализатора У„рассчитывают по насыпной плотности катализатора и его массе и„. При термическом разложении объем У„занимает тепловой аккумулятор; в этом случае объем У„ определяют на основе прототипов и эксперимента. Объем У„,„ представляет собой объем полости между смесительной головкой и пакетом катализатора. Для некоторых катализаторов р„= 1,3 ...
1,4 гаем', У„,„= 0,25 Угг По времени пребывания т„определяют объем Угг и двухкомпонентного ЖГГ. Используют формулу вида (22.!4); при двухзонной организации рабочего процесса в газогенераторе формулу (22.14) применяют как для расчета объема зоны горения, так и зоны разбавления. Однокомпонентные ЖГГ обычно выполняют в виде цилиндра с выходными насадками различной формы. Двухкомпонентные ЖГГ бывают цилиндрической и сферической формы. Для определения площади форсуночной головки используют статистические данные по расходонапряженности.
Для двухкомпонентных ЖГГ приведенная расходонапряженность имеет примерно такое же значение, как и для основных камер сгорания (см. гл. ХЧП1).; 242 Г л А В А ХХ111. ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ И ЗАЩИТА СТЕНОК КАМЕРЫ 23л. ОснОВные спОсОБы 3А$цнты стенОК Гнипслнсе сснелрсиис Гснисосоиааосниив палило луиннпсннсс ес елрснис Гнаспул повали С нп1сринссл 1 уиулрсннлн уна соо нвн унисон насел носам уорулипс пиепл Аспас унулреииее аснел1ение Рпсиооосинвс Уусонипренпс- роусснсе ссйоуйсй Прплссисс Грпнснорщ ресенероЛирнослиен дулпионисс ларисе пересе Гю пуан собеса 23л.
Классификация основных способов зашиты стенок 243 Стенки камеры и газогенератора ЖРД требуют защиты от перегрева, окисления и эрозии. Систему защитных мер обычно называют охлаждением. Для охлаждения используют жидкие или газообразные охладители, в некоторых случаях возможна защита стенок без применения охладителей. На рис. 23.1 и в табл. 23.1 кратко охарактеризованы основные способы защиты стенок.
В дополнение к этим сведениям необходимо отметить следующее. При организации наружного проточного охлаждения в подавляющем большинстве случаев применяют регенеративное охлаждение. Способ этот впервые предложен еще К. Э. Циолковским и энергетически целесообразен, так как теплота, отбираемая от продуктов сгорания, не теряется, а возвращается с компонентами топлива в камеру сгорания. Особым вариантом проточного охлаждения является способ, когда отобранная теплота передается компоненту топлива, но не возврашается с ним в камеру сгорания, а используется для получения тяги в специальных реактивных соплах. Очевидно, что это более или менее рационально лишь при использовании в качестве охладителя топливных компонентов с малой молекулярной массой, прежде всего водорода. Схема такого варианта охлаждения, реализуемого на части сопла, приведена на рис. 23.2.
Для внутреннего завесного и транспирационного охлаждения используют один из компонентов топлива (предпочтительнее горючее, поскольку оно создает восстановительную среду) или низко- температурные продукты газогенерации. Тиблицо 23.! защиты стенок Температурнаа диаграмма Наааанпе Определение Регенерагивное охлаждение (г-"$'. Тгсх Т,р Глепнмнмм Л с г зэагси К- гсгл Глд ~ Ы Основные способы Наружное охла- ждение Проточное охла- ждение Автономное охла- ждение Радиационное ох- лаждение Внутреннее охла- ждение Внутреннее охлаждение, организуе.
мое смесительной головкой Завес нос охлажде- ние Транспнрацпоиное охлаждение Отвод теплоты от элементов конструкцна к охладнтелю или в окружающее пространство Наружное охлаждение охладителем, протекающим по каналам в стенке Проточное охлаждение, при котором отводимая теплота не передается компонентам топлива Проточное охлаждение, при котором отводимая теплота передается компонентам топлива Наружное охлаждение, осуществ- ляемое излучением теплоты в ок- ружающее пространство Уменьшение теплового потока к элементам конструкции путем создания на их поверхности защитного слоя жидкости илн газа Уменьшение теплового потока благодаря созданию с помощью смесительиой головки пристеночного слоя с низкой температурой (обычч ИО пт ст (( "пап) Внутреннее охлаждение, осуще.
ствляемое путем создания защитного слоя жидкости (жидкостная завеса) или газа (газовая завеса). текущего вдоль стенки Внутреннее охлаждение, осуще. ствляемое путем вдува в погранич. ный слой газа или пара через пористую нли перфорированную стенку Продолжение табл. 23.! Температурная диаграмма Название Оврсдсяснкс Предотвращение перегрева элемента конструкции путем поглощения теплоты его материалом беэ уноса массы Емкостное охла- ждение Предотвращение перегрева элемента конструкции путем поглощения теплоты его материалом с уносом массы Абляцнонное ох- лаждение 23.2.
ТЕПЛООТДАЧА ОТ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ К СТЕНКАМ КАМЕРЫ И ТРЕНИЕ Теплота от продуктов сгорания к стенкам камеры передается путем излучения (лучистый тепловой поток) и непосредственного соприкосновения со стенками (конвективный тепловой поток). %Н л 23.2. Схема наружного проточного охлаждения камеры двигателя, работающего на компонентах О, + -!- ни, а — участок регснсратявяогс охлаждсякя водородам: б — участок схяаждеякя водародои с пссладумщям ястачсяяам его чсрсз рсактквнме сопла е 245 Любой способ защиты или их сочетание (комбинированные системы защиты) должны обеспечивать в течение заданного времени необходимое тепловое состояние стенок, обусловливаемое требованиями жаростойкости и прочности стенок.
Ниже рассматриваются расчетные методы определения теплового состояния стенок конструкций при типичных для ЖРД способах защиты. Емкостное и абляционное охлаждения, более распространенное для РДТТ, рассматриваются в гл. ХХХ111. 23.2.1. Особенности пограничного слоя в камере Расчет теплообмена и трения в камере ракетного двигателя основан на применении результатов теории пограничного слоя (см. гл. ХП1). Пограничный слой в камере двигателя отличается рядом особенностей.
Вследствие большой разности температур на границах слоя (стенки' — ядро потока) перемещение газовых объемов (из-за турбулентных пульсаций) из области высоких температур в область низких температур вблизи стенок приводит не только к переносу кинетической энергии, но и к переносу теплоты химических реакций. Эта теплота выделяется при реакциях рекомбинации в зоне пониженной температуры. Химический состав и свойства рабочего тела поперек пограничного слоя будут при этом переменными. Применение теории турбулентных течений для камер ракегных двигателей встречает значительные трудности. Они обусловлены неоднородностью параметров потока, его свойств и состава по поперечному сечению камеры, возможной химической неравновесностью в пограничном слое, большой ролью диффузионных процессов. В случае двухфазных и многофазных продуктов сгорания дополнительные особенности вносит наличие конденсированных жидких и (или) твердых частиц, взаимодействующих с газовой фазой и стенкой. Кроме того, при течении в соплах как в сужающейся, так и в расширяющейся частях возможно возникновение течений с положительными градиентами давления, приводящими нередко к отрыву потока (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
