Исходные данные Компоненты топлива
 Скачать 0.93 Mb.
|
mохл, попадая в тракт наружного охлаждения камеры, разделяется на две части (рис IIII) - m1, m2. Когда связь оболочек осуществляется фрезерованными ребрами расход m1 направляется в сторону критического сечения, а расход m2 сначала идет к срезу сопла, у среза сопла расход m2, огибая торцы ребер, также направляется к критическому сечению сопла. Расходы m1 и m2 вновь соединяются в сечении начала последней секции (если считать от критического сечения). Главная особенность заключается в том, что отверстия в корпусе коллектора соединяют коллектор с частью каналов между ребрами по которым расход m2 направляется к срезу. Возвращается этот расход по каналам, не соединенным отверстиями с полостью коллектора. Рекомендации для определения характерных размеров коллектора подвода охладителя заключается в следующем (см. рис. 3.3). Диаметр подводящего трубопровода dтр выбирается с учетом конструктивных соображений (размеров выхода насоса, условий компоновки и т. п.) и ГОСТа на выпускаемые трубы. Кроме того проверяется скорость жидкости в трубе (wтр<15 м/с). При несоблюдении рекомендаций необходимо увеличить dтр или запроектировать два-три подвода к коллектору путем разветвления трубопровода, подводящего компонент от насоса. 3.2. Разработка конструкции блока смесительной головки 3.2.1. Конструктивные особенности смесительной головки Смесительная, или форсуночная головка является основным звеном системы смесеобразования камеры двигателя. Ее работа в значительной степени определяет полноту сгорания, устойчивость рабочего процесса и надежность теплозащиты стенок камеры. Поэтому разработка конструкции смесительной головки, ее экспериментальная доводка - исключительно сложная и ответственная задача. Из технологических соображений смесительную головку целесообразно проектировать и изготавливать в виде отдельного узла камеры двигателя. Вследствие этого, во-первых, технологические режимы обработки головки, могут отличаться от термических режимов изготовления блока камеры и сопла. Во-вторых, обеспечивается возможность проведения в ходе изготовления технологических испытаний на гидроустановках герметичность полостей, соответствия расходных характеристик, а так же качества распыла и смешения техническими условиями до соединения головки с камерой сгорания. Важными конструктивными элементами смесительной головки являются форсунки. В современных ЖРД применяют различные их виды - струйные и центробежные, жидкостные и газовые, однокомпонентные и двухкомпонентные. Для организации низкотемпературного пристеночного слоя форсунки, расположенные на периферийной части головки, должны возле стенки создавать избыток какого-либо компонента, как правило горючего. Поэтому, со стороны стенки в последнем ряду устанавливают форсунки горючего. Крепление форсунок к днищам головки наиболее часто производиться с помощью пайки. При тонких днищах (менее 3..3.5 мм) пайку дополняют предварительной развальцовкой. Могут применяться и резьбовые соединения. При проектировании смесительной головки важным решением, которое оказывает большое влияние на ее конструкцию, является распределение компонентов по полостям головки и осуществление их подвода к ним. Наиболее естественным распределением компонентов является направление охлаждающего компонента, непосредственно из охлаждающего тракта камеры во внутреннюю полость, а окислитель во внешнюю полость. 3.2.2. Проектирование головки камеры ЖРД Размещение форсунок на головке должно способствовать выполнению основных требований, предъявляемых к смесеобразованию, при обеспечении надежности и технологичности конструкции, что в основном сводиться к следующему. Возможно более равномерное распределение по сечению камеры сгорания соотношения компонентов и расходонапряженности. Возможно меньшая склонность к возникновению неустойчивого горения. Зашита стенок от прогара. Защита головки камеры от воздействия высоких тепловых потоков, идущих от фронта пламени. Удобство подвода компонента. Сотовое расположение, при котором каждая форсунка горючего окружена группой окислительных форсунок, позволяет иметь большее число форсунок окислителя, чем горючего. При этом разница в расходах форсунок окислителя и горючего меньше, чем при шахматном расположении, что обеспечивает лучшее распыливание и смешение компонентов топлива. Концентрическое расположение, при котором пояса форсунок горючего и окислителя чередуются. Двухкомпонентные форсунки могут быть размещены по любой схеме; необходимо только учитывать возможность возникновения неустойчивого горения, а также необходимость защиты стенки от прогара (рис. 3.4). Для обеспечения условий, наименее способствующих возникновению неустойчивого горения, как одно-, так и двухкомпонентные форсунки иногда размещают в порядке, представляющем собой различные комбинации приведенных выше схем расположения форсунок, а также стремятся несколько растянуть процесс горения по длине камеры. Для защиты стенок камеры сгорания от прогара создается защитный пристеночный слой, переобогащенный горючим и имеющий вследствие этого более низкую температуру, чем ядро потока. Периферийные форсунки горючего делаются более дальнобойными и с меньшим расходом, чем основные форсунки. 4. Расчет охлаждения ЖРД. При проектировании системы охлаждения ЖРД сначала определяют конструкцию охлаждающего тракта, способ охлаждения и основные размеры тракта, а затем расчетным путем проверяют, обеспечивается ли при этом охлаждение стенок двигателя. Проверочный расчет охлаждения камеры ЖРД ведется в следующем порядке. Разбивают камеру сгорания и сопло по длине на отдельные участки. Обычно в сопловой части берут 12-20, а в камере сгорания 1-4 участка в зависимости от их формы. В некоторых случаях для получения уточненных данных выделяют в отдельные участки и места стыка скреплений (гофров, ребер и т. д.), а также участки, имеющие специфическую форму, отличную от формы всего охлаждающего тракта. После разбивки по каждому участку определяются его геометрические параметры, необходимые для дальнейших расчетов. Задаемся постоянной по длине температурой газовой стенки Tст.г и определяем значения конвективных тепловых потоков qк для каждого участка. Если имеются данные по распределению qк для базового двигателя, то специальный расчет можно не проводить. Задаемся распределением Tст.г по длине камеры и по формулам пересчета определяем распределение qк. При этом в качестве исходных данных можно принять следующие значения Tст.г : в критическом сечении сопла 1000 - 1300оК для жаропрочной стали, 700 - 900оК для обычных конструкционных сталей и 500 - 700оК для стенок из меди или ее сплавов; на выходе из сопла (в зависимости от степени расширения сопла) 400 - 700оК для стальных стенок и 300 - 600оК для медных. В камере сгорания и на входе в сопло Tст.г на 20 - 40% ниже температуры стенки в критическом сечении. Определяем распределение лучистых тепловых потоков qл по длине камеры и сопла см. п. 4.2. Определяем суммарный удельный тепловой поток в стенки камеры двигателя. qсум =qл +qк Проверяем достаточность расхода охладителя для снятия тепла, поступающего в стенки камеры двигателя. При стационарном режиме охлаждения все тепло, поступающее в стенки камеры двигателя, идет на нагревание охладителя. Уравнение баланса тепла  (4.1)где qсум и F - суммарный тепловой поток и площадь поверхности стенки i - го участка камеры двигателя; Gохл - расход охладителя; Твх и Твых - температура входа и выхода охладителя; Сср - средняя теплоемкость охладителя, взятая при температуре Из уравнения (4.1) определяем  (4.2)Температуру входа охладителя Твх считаем равной наибольшей возможной температуре окружающей среды, при которой предполагается эксплуатация ЖРД. Достаточность количества охладителя определяется условием Твых Определяем подогрев охладителя и среднюю температуру охладителя на каждом участке. При известной температуре входа охладителя подогрев его определяется из уравнения баланса тепла на участке  (4.3)где |