Исходные данные Компоненты топлива
 Скачать 0.93 Mb.
|
  2.1.2. Подготовка данных, расчет и построение зависимости Jуп =f() Для получения основных термодинамических параметров необходимо провести расчет равновесного состава продуктов сгорания. Обычно рассчитываются следующие сечения: -- камера сгорания двигателя; -- критическое сечение; -- срез сопла Расчет проводился на ЭВМ с помощью программного комплекса «Астра-4». Результаты расчета приведены в приложении 1. По результатам строим зависимость Jуп =f() (рис.2.1) Программа ввода данных : I=0, P=8, PA=KP,0.006, FUEL=(C7.21H13.29[-1958]), OX=(O2[-398.3]), ALPHA=0.75,0.8,0.85,0.9,0.95,1.0; Для организации пристеночного «холодного» слоя с целью защиты стенок камеры от прогара введем расход который обеспечит температуру в 2000 К. С этой целью произведем расчет по программе «Астра-4» с диапазоном [0.3...0.4]. Результаты расчета приведены в приложении 2, по этим данным строим графики Jуп.пр, Tк.пр=f(рис. 2.2). Программа ввода данных : I=0, P=8, PA=KP,0.006, FUEL=(C7.21H13.29[-1958]), OX=(O2[-398.3]), ALPHA=0.3,0.32,0.34,0.36,0.38,0.4; 3. Разработка конструкции камеры двигателя. Конструкцию камеры двигателя технологически можно разделить на две части : корпус и смесительную (форсуночную) головку. Исходными данными для конструирования камеры являются прежде всего геометрические размеры и газодинамический профиль (рис.2.4), которые определяются при газодинамическом расчете. Затем производиться расчет смесеобразования и форсунок, расчет тепловых потоков и решаются задачи теплозащиты стенки, выбираются основные материалы. 3.1. Разработка конструкции корпуса камеры 3.1.1. Конструктивные особенности камеры сгорания и сопла Большинство камер ЖРД имеют наружное охлаждение, при котором осуществляется проток охладителя по охлаждающему тракту, образованному между внутренней и наружной оболочками или стенками камеры сгорания. Наиболее сложным этапом создания камеры является проектирование и разработка конструкции охлаждающего тракта, который имеет много разных форм и силовых связей. От конструкции охлаждающего тракта зависит облик всей конструкции камеры, ее прочность, надежность охлаждения и массовые характеристики. Самым удачным решением будет применение охлаждающего тракта с так называемыми связанными оболочками, т. е. прочно скрепленными. В качестве охладителя в современных двигателях используются окислитель или горючее, либо оба компонента. Одно наружное проточное охлаждение камеры не всегда может обеспечить необходимый для надежной работы температурный режим стенки на всем ее протяжении. Поэтому, как правило, наряду с наружным охлаждением применяют и внутреннее. Оно осуществляется созданием вблизи стенки низкотемпературного пристеночного слоя газа (заградительное охлаждение) или жидкой пленки (завесное охлаждение) на отдельных участках внутренней поверхности стенки. Наиболее распространенной конструкцией охлаждающего тракта являются каналы образованные ребрами или гофрированными проставками. При таких конструкциях трактов оболочки имеют большое число связей, которые обеспечивают повышенную жесткость и прочность камеры. Минимальный шаг между связями tmin определяется технологией производства, а максимальный tmax - прочностью. Уменьшение высоты охлаждающего тракта часто используют для повышения скорости течения охладителя. Однако из технологических соображений сделать высоту тракта меньше 1.5....1.8 мм не рекомендуется, так как припайке может произойти перекрытие канала припоем. Поэтому для повышения скорости течения охладителя, чтобы не уменьшать высоты канала, применяют спиральные винтовые связи. Если - угол наклона ребер с осью камеры, то скорость течения охладителя Wохл 1/ cos . Подбирая угол наклона ребер, можно в определенных пределах влиять на скорость течения. Учитывая, что в соответствии с газодинамическим профилем диаметр сечения сопла непрерывно меняется, а число связей на определенном участке должно оставаться постоянным, то в соответствии с изменением диаметра сечения сопла будет изменяться на участке и шаг между связями. Используя рекомендации [2] по выбору размеров тракта с ребрами получаем tmin=2.5 мм, tmax=4...6 мм - при пайке твердыми припоями; при диффузионной пайке tmin=2 мм, причем допустимую высоту охлаждающего тракта здесь можно снизить до охл=1.2...1.5 мм. Минимальная толщина ребер р=1 мм (рис. 3.1).  Таким образом, число связей вдоль камеры постоянно будет изменяться, причем при ребрах - ступенями (рис. 3.2). Механическая обработка оболочек осуществляется обточкой (снаружи и внутри) до получения заданной толщины стенки.  Фрезерование ребер производиться парой фрез; может быть одна, две или четыре пары, т. е. фрезеруются одновременно одно, два или четыре ребра, и поэтому при проектировании желательно задавать число ребер n, кратное четырем. При таком способе фрезерования толщина ребра р постоянна по длине, а при увеличении шага t увеличивается ширина канавки между ребрами. Минимальный шаг определяется шириной фрезы и расстоянием между ними. Толщина ребра не должна быть, меньше 1 мм, так как последующее травление может ее уменьшить, и спай станет не надежным. Минимальная толщина фрезы, обеспечивающая ее жесткость при фрезеровании, - 1 мм, минимальный диаметр фрезы - 40 мм. Канавка между ребрами образуется за два прохода. На оставшемся после двух проходов материале можно фрезеровать новые, более короткие ребра. Поэтому в каждой последующей секции число связей (ребер) возрастает в два раза. Можно фрезеровать ребра с углом наклона к образующей до 15...20о, в том числе и на крутых изменениях диаметра профиля сопла, например вблизи критического сечения. 3.1.2. Разработка конструкции пояса завесы Важным конструктивным узлом камеры являются пояса завесы, организующие внутреннее завесное охлаждение стенки. Эффективность охлаждения будет выше, если по длине камеры расположить ряд поясов завесы с минимальными расходами компонентов. Однако применение большого числа поясов означает значительное усложнение конструкции камеры и технологии ее изготовления. На практике обычно применяют один-три пояса завесы. При этом расход горючего на внутреннее завесное охлаждение лежит в пределах от 1.5...2.5% до 6...8% полного расхода компонентов через камеру. При конструктивной разработке пояса завесы необходимо, с одной стороны, сделать конструкцию более простой и технологичной, чтобы чрезмерно не усложнять конструкцию и технологию изготовления камеры в целом, а с другой стороны, обеспечить заданные расходные характеристики и образование сплошной пленки жидкости на внутренней поверхности стенки при строгой равномерности распределения расхода компонента по периметру сечения завесы. Кроме того, в большинстве конструкций поясов завесы скорости жидкости, вытекающей из пояса на внутреннюю поверхность стенки, сообщается тангенциальная составляющая для придания жидкой пленке вращательного движения. Благодаря этому пленка, прижимаясь к поверхности стенки, меньше разбрызгивается, позже разрушается и на большей длине защищает стенку, т. е. завеса будет более эффективной. Более распространенными конструкциями пояса завесы являются такие, при которых коллектор пояса отделен от охлаждающего тракта, и расход в него поступает по самостоятельному трубопроводу. 3.1.3. Разработка коллектора подвода компонентов Коллектор подвода охладителя может располагаться в различных сечениях камеры. Когда коллектор расположен не у самого среза сопла, то охладитель |