Проектировочный прочностной расчет узлов камеры

 

Цель расчета состоит в определении толщины основных элементов камеры.

Днищ форсуночной головки

Наружной оболочки цилиндрической части камеры

Исходными данными являются геометрические размеры проточной камеры сгорания и параметры газового потока.

Допущения - все расчеты выполняются без краевого эффекта, а рассчитываемые элементы работают в области упругих деформаций.

 

10.1. Определение толщины наружной камеры цилиндрической части камеры

 

Напряжения во внутренней оболочке:

Где и - напряжения во внутренней оболочке-«φ» в меридиональном и «θ» окружном направлениях, соответственно; -предел текучести материала внутренней оболочки.

и -погонные силы (отнесенные к единице длины)

-толщина наружной оболочки.

Коэффициент запаса прочности согласно нормам прочности

Где - предел прочности материала наружной оболочки

На практике величина коэффициента запаса прочности принимается:

Для камеры сгорания - к=1,5

Запасы прочности внутренней оболочки не учитываются, т.к. она испытывает напряжения сжатия и работает в области пластических деформаций.

Погонные нагрузки определяются по зависимостям:

Толщина наружной оболочки:

 

,

где предел прочности внутренней стенки из сплава Брх-08 при температуре 600 К и предел текучести материала для наружной стенки из стали 09Х16Н4Б-Ш при температуре 293 К.

Напряжения в меридиональном и окружном направлениях в наружной оболочке:

Эквивалентные напряжения согласно энергетической теории прочности равны:

 

10.2. Расчет наружного сферического днища

Сферическое днище технологичнее газовода, так как имеет меньший вес и длину. Больший объем между сферическим и огневым днищами исключает необходимость применения перфорированной решетки для выравнивания давления перед форсунками. Наружное днище рассчитывается как тонкостенная оболочка вращения, нагруженная внутренним давлением.

 

1) Материал наружного днища:

Сталь 12Х18Н10Т: при Т= 293 К

2) Наружный радиус сферического днища:

3) Давление газа на внутреннюю поверхность сферического днища:

 

= 5,4

4) Толщина сферического днища:

 

где:

– коэффициент запаса прочности днища;

– предел прочности для наружного днища из 12Х18Н10Т.

 

10.3. Расчет среднего и внутреннего днищ

 

Внутренне днище испытывает нагрузку от перепада давления, равную

Через припой и форсунки она передается на среднее днище. Эта нагрузка в паяных соединениях вызывает напряжения среза и изгибные напряжения в днищах.

 

1) Материал припоя:

Пср-37,5:

 

2) Ширина паяных соединений в местах крепления форсунок без учета крепления внутреннего днища к силовому кольцу:

 

– коэффициент запаса прочности припоя;

- радиус камеры сгорания

- перепад давления на форсунках

- количество форсунок

- количество форсунок

- допустимые касательные напряжения припоя при Т=Тk

 

3) Материал среднего днища: сталь Х17Н5М3

4) Толщина среднего днища без учета связи с внутренним днищем:

где:

– коэффициент запаса прочности днища;

– предел прочности среднего днища при температуре 873 К

5) Толщина внутреннего днища:

Толщина внутреннего днища принимается равной толщине среднего днища.

 

 

В настоящее время среднее днище, как правило, выполняется сферическим, что обеспечивает его повышенные прочностные характеристики и исключает необходимость его жесткой связи с наружным сферическим днищем.

Литература

 

1. Куликов Г.В., Ярославцев Н.Л. Расчет камеры жидкостного ракетного двигателя – М.: «МАТИ» – РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2004, 50 с.

2. Попов В.Г., Ярославцев Н.Л. Жидкостные ракетные двигатели – М.: Издательско-типографический центр «МАТИ» – РГТУ им. К.Э.Циолковского, 2001, 171 с.

3. Ярославцев Н.Л. Лабораторный практикум по курсу «Теория, расчет и проектирование РД» – М.: «МАТИ» – РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2001, 100 с.

4. Куликов Г.В., Ярославцев Н.Л. Альбом конструкций элементов камер ЖРД – М.: «МАТИ» – РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2005, 55 с.