Трушляков В.И. и др. Монография (818589), страница 28
Текст из файла (страница 28)
В этом случае закрутка способствует более быстрому сосредоточению жидкости на цилиндрической поверхности бака, в основном за счет дополнительного поджатия жидкости к стенкам при обратном выплеске. При экспериментальных исследованиях пшродинамических процессов взаимодействия струй с остатками жидкости было проведено моделирование процессов с различными вариантами расположения струйных форсунок: - форсунки на верхнем и нижнем днищах бака, направленные на стенки под небольшим углом; - форсунки в виде поясов на осевой штанге в баке, направленные перпендикулярно к стенкам бака. Экспериментальные исследования гидродинамических процессов взаимодействия струй с остатками жидкости в баке показали, что при расположении форсунок на осевой штанге при впрыскивании через них жидкости наблюдается дробление струй, попадающих на стенки, н отражение капель.
При расположении форсунок на днищах впрыскиваемая жидкость образует смоченные зоны, расте- 162 кающиеся по стенкам бака без заметного каплеобразоваиия, а вращение бака приводит к увеличению зон растекания. Таким образом, проведенные исследования гидродинамическнх процессов показали возможность обеспечения детерминированного положения остатков горючего в баках отделяющихся частей ракет посредством закрутки вокруг продольной оси. Применительно к проведению термохнмического обезвреживания можно принять в качестве исходного расположение остатков горючего относительно равномерным слоем на стенках бака.
Определено таске, что впрыскивание окислителя через форсунки целесообразно начинать после растекания остатков горючего по стенкам за счет закрутки бака вокруг продольной оси. 4.2. Основные принципы моделировании и описание натурной экспериментальной установки термохвиичесиого обезвреживании остатков горючего Анализ условий протекания процессов термохимического обезвреживания НДМГ применительно к конструктивным параметрам натурного бака горючего, проведенный с учетом результатов предварительных теоретических и экспериментальных исследований, показал, что наиболее важной и сложной проблемой обеспечения отработки системы обезвреживания при равенстве масштабностей натурной и модельной систем является выбор параметров, которые определяют характеристики процессов и по которым необходимо обеспечение моделирования при наземной экспериментальной отработке.
Оценка степени возможного влияния различных факторов на характер процессов в баке горючего при обезврежи- ванин показала следующее. Одним из важнейших параметров, влияющих на степень обезвреживания, является время пребывания газообразных продуктов реакций в баке, поэтому при моделировании химических процессов в газовой фазе необходимо обеспечение соответствия параметров движения газовых потоков, температуры и давлениа в реакционной зоне.
При этом необходимо моделирование поступления в газовую фазу окислителя, а следовательно, требуется моделирование распыления струи окислителя, истекающей из форсунки (формы струи, степени распыления, длины струи, перепада давления на форсунке). Кроме того, поступление окислителя в газовую фазу зависит от условий в зоне контакщ струи с поверхностью НДМГ, что вызывает необходимость моделирования следующих параметров: 163 - угла наклона струи к поверхности НДМГ; - площади поперечного сечения струи окислителя в зоне контакта с НДМГ; - скорости окислителя в струе; - толщины слоя НДМГ; - гидростатического давления в слое НДМГ. Газообразование в большой степени определяется массовым балансом химических реакций в зоне взаимодействия струи окислителя с поверхностью НДМГ, размерами зоны взаимодействна, характером перемешивания струи окислителя с НДМГ, испарением НДМГ с поверхности под действием теплообмена с газовой фазой, конвекгивного теплообмена в слое НДМГ н теплообмена со стенками баю, что требует выполнения дополнительных условий моделирования по сле- дующим параметрам: - температуре в газовой фазе; - площади поверхности НДМГ, обслуживаемой одной форсункой; - начальной температуре горючего и температуре поступающего окислителя; - давлению в реакционной зоне; - параметрам струи окислителя, истекающей из форсунки; - углу наклона струи к поверхности НДМГ; - размерам злементов силового набора бака.
Таким образом, из результатов оценки степени возможного влияния различных факторов на характер процессов в баке при выжигании горючего следует необходимость при экспериментальном исследовании натурного моделирования следующих параметров: - толщины слоя жидких остатков горючего; - соотношения плошади поверхности горючего, обслуживаемой одной форсункой и расхода окислителя через зту форсунку; - формы струи окислителя, истекаощей из форсунки, и степени дробления струи; - времени движения частиц окислителя в струе от форсунки до поверхности горючего илн длины струи прн заданной скорости истечения; - угла наклона струи к осредненной поверхности горючего; - времени пребывания газообразных продуктов в баке; - давления или плотности газообразных продуктов в баке; - температуры окислителя на входах в форсунку и начальной температуры остатков горючего; - интенсивности теплообмена жидких и газообразных продуктов с элементами конструкции бака; - размеров элементов внутреннего силового набора бака.
Кроме того, необходимо определение и экспериментальные исследования зависимости степени обезвреживания остатков горючего от термодинамическнх параметров процессов, прежде всего температуры продуктов выжигания. С помощью такой зависимости можно будет оценить степень обезвреживания остатков горючего при натурных испытаниях, так как непосредственное определение состава образующихся продукюв при натурньес испытаниях практически не возможно. Основным отличием существующих экспериментальных установок [4, 25) является несоответствие масштаба установки реальным размерам бака, а также то, что отсутствует истечение продуктов химических реакций из бака.
Для проведения экспериментальных исследований системы термохимического обезвреживания остатков горючего в баке на пассивном участке траектории полета была разработана и смонтирована на базе НИИХиммаш модельная экспериментальная установка (рис. 4.6). Принципиальной особенностью данной экспериментальной установки является возможность максимального полного моделирования на ней совокупности химических, гидродинамических, термодинамических и газодинамических процессов, происходящих в натурном баке при взаимодействии остатков горючего с подаваемым через форсунки окислнтелем.
Основу экспериментальной установки составляет модельный бак (рис. 4.7) объемом в 1м' (Ду = 0,9 м), который содержит обечайку 1 и сферическое днище 2. Внутри бака смонтирован поддон 3 при помощи стакана 4, вваренного в поддон, и стакана 5, вваренного в обечайку 1 модельного бака. Бак способен выдержать давление 0,4 МПа и имеет возможносп отклонения от горизонтального положения на угол до 5'. Стаканы 4, 5 соединены через фланцы с герметизацией стыка металлической прокладкой, с другой стороны обечайки размещено сферическое днище 6. Поддон 3 выполнен корытообразной формы, внутри которого размещен силовой набор 7, соответствующий силовому набору натурного топливного бака ракеты.
Минимальная толщина поддона, ограниченная стаканом 4, равна минимальной толщине обечайки топливного бака ракеты. Внутри модельного бака, вдоль его образующей над поддоном, смонтирован коллектор 8, расположенный в плоскости, проходящей через продольную ось модельного бака и перпендикулярной плоскости поддона, что равно расстоянию от форсунок до обечайки в натурном баке. Площадь поддона соответствует 165 плошади распыла форсункн на обечайку натурного бака. По обе стороны поддона на его основании (параллельно продольной осн бака) смонтированы две перфорированные мембраны 1О, закрепленные с противоположной стороны вблизи коллектора 8, с образованием трехгранной полости.
На одном из торцов модельного бака установлен трубопровод 11, в котором смонтирован штуцер 12, для отбора проб результатов химической реакции в модельном баке. Расстояние от щтуцера 12 до модельного бака выбирается из условия соответствия времени пребывания газообразных продуктов в модельном баке времени их пребывания в натурном баке. Внешняя поверхность поддона 3, ограниченного стаканами 4, 5 используется для монтажа температурных датчиков для за- мера температуры поверхности поддона.
Заправочно-спивная арматура, а также датчики давления газовой среды монтируются на корпусе модельного бака. Функционирование экспериментальной установки происходит следующим образом. Токсичный компонент ракетного топлива заправляется в модельный бак и располагается в поддоне 3. Впрыск окислителя осуществляется посредством подачи его под давлением в коллектор 8, откуда он истекает через форсункн 9 и распыляется на поверхность поддона с токсичным компонентом. Принятый метод обеспечения детерминированного расположения токсичного компонента в топливном баке ракеты в условиях пассивного полета ступени, основан на закрутке ступени вокруг продольной оси. При этом обеспечивается стабильное расположение остатков топлива в виде слоя по обечайке топливного бака. После горения (испарения с поверхности компонента топлива) продукты реакции движутся вдоль бака в промежутках между факелами распыла форсунок к дренажному трубопроводу и через него - в окружающее пространство.
Если выделить в баке часть объема в виде цилиндрического сектора, ограниченного зоной действия расположенных форсунок, то с достаточной точностью можно счи- тать, что характер химических, термодинамических и газодинамических процессов, протекающих в данной части объема бака, будет аналогичен процессам в других частях бака. Результаты моделирования процессов в таком объеме могут быть распространены на весь бак. Поэтому поддон 3 имитирует в данном случае характерный участок обечайки топливного бака, а перфорированные мембраны Рис.
4.7. Общая схема модельного бака экспериментальной установки формируют характерный обьем для проведения реакции. При этом продукты химической реакции через перфорацию в стенках мембран заполняют пространство между мембранами и стенками модельного бака и этот газовый объем служит аналогом соседней аналогичной зоны в натурном баке. Роль натурной стенки топливного бака выполняет участок поддона, ограниченного стаканами 4, 5, толщина которого соагветствуег толщине стенки натурного блока.
Причем этот участок поддона контактирует с внешней средой, что также соответствует натурным условиям. 168 На данном участке поддона монтируются тепловые датчики, которые позволяют снимать тепловые характеристики конструкции, соответствующие натурным условиям. Продукты химической реакции истекают через дренажный трубопровод 11, из которого производится отбор пробы через ппуцер 12. Принципиальная пневмопщравлическая схема экспериментальной установки приведена на рнс. 4.8. Заправка НДМГ производится от системы заправки стенда весовым способом. При этом каждая полость поддона может заполвпъся отдельно заданным количеством НДМГ. Слив НДМГ осуществляется в мерную емкость объемом 50 дм', установленную на весах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
