Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Основные конструктивные элементы камер жрд. Топливные баки
6.1. Особенности условий работы и конструкции камеры ЖРД Камера ЖРД—важнейший агрегат ЖРД, работающий в весьма трудных условиях. Сгорание топлива происходит в малом объеме при высоких зна- чениях температуры и давления. С целью повышения скорости сгорания поступающие жидкие компоненты должны быть очень мелко распылены и равномерно перемешаны. Распыление осуществляется форсуночной головкой (ФГ), от хорошей работы которой зависит эффективность работы камеры ЖРД. Смешивание газообразных компонентов осуществляется смесительной головкой. Внутренние стенки камеры сгорания омываются газами, температура которых значительно превышает температуру плавления материала стенки. Поэтому стенки должны интенсивно охлаждаться. Кроме того, стенки камеры ЖРД испытывают высокое давление газов. Так как вес камеры сгорания должен быть минимальным, ее выполняют из высокопрочных тонколистовых материалов. Камера ЖРД, рис.28, состоит из следующих основных, технологических узлов: форсуночной или смесительной головки (СГ); камеры сгорания или средней части; охлаждаемой сопловой части; неохлаждаемой сопловой части — насадка. Рис. 28 Разбивка камеры ЖРД на технологические узлы Эти узлы камеры ЖРД соединяются сваркой или с помощью болтов. Средняя часть и сопловая охлаждаемая часть часто выполняются за одно целое. Форсуночная головка схематически изображена на рис.2. Она состоит из огневого днища 1, среднего днища 2, верхнего днища 3, шаровой опоры 4, патрубков подвода окислителя 5, коллектора подвода горючего 6. форсунок окислите- 46
Рис. 29 Схема форсуночной головки: А — полость окислителя; Б— полость горючего; 1—огневое днище; 2—среднее днище; 3—верхнее днище; 4— шаровая опора; 5—патрубок; 6—коллектор; 7— форсунка горючего; 8—форсунка окислителя Некоторые камеры ЖРД вместо центральной шаровой опоры 4 имеют специальные цапфы, приваренные к рубашке средней части камеры примерно в центре тяжести (например, камеры ЖРД «Гамма» для ракеты «Блек Найт»). Узел — камеры сгорания и охлаждаемая часть сопла - схематически изображен на рис.3. Он состоит из внутренней (огневой) оболочки или стенки 1, внешней оболочки или рубашки 2, цапф 3, коллектора 4, патрубков с фланцами 5.
Стенка 1 соприкасается с газами при высокой температуре и должна нтенсивно охлаждаться. С этой целью по каналам межрубашечного пространства протекает охлаждающая жидкость — один из компонентов топлива, чаще всего горючее. Каналы для жидкости могут быть образованы несколькими способами: а) установкой гофрированных проставок между рубашкой и стенкой (рис.30, а); 6) соединением пайкой П-образных профилей с последующей проточкой по поверхности прилегания рубашки (рис.30,6); в) соединением пайкой профилированных трубок (рис.30, в); г) фрезерованием, травлением или выдавливанием продольных каналов в Рис 30 Конструкция средней части камеры ЖРД: 1 и 2 — внутренняя и внешняя стенки камеры ЖРД, соответственно; 3 — цапфа; 4 — коллектор; 5—патрубок с фланцем Наибольшее распространение в практике фирм США, Англии и Франции получил метод изготовления стенок из профилированных стальных или алюминиевых трубок (см. рис.30, в), хотя применяется и метод, указанный на рис.30, б. Рубашка 2 изготовляется из высокопрочных материалов — стали, титана. Она может быть выполнена сплошной по всему контуру стенки или в виде отдельных колец, что определяется расчетом на прочность камеры ЖРД при условии минимального веса конструкции. В некоторых конструкциях рубашка изготовляется намоткой стальной ленты или приволоки с последующей пайкой. Применяются также рубашки из стекловолокна, пропитанного пластмассой. Цапфы 3 воспринимают силу тяги камеры и привариваются к усиленной части рубашки камеры ЖРД. Чтобы избежать больших деформаций гибких трубопроводов при поворотах качающихся камер, горючее и окислитель можно подводить через осевые сверления в цапфах. Коллектор 4 служит для равномерного распределения охлаждающей жидкости по каналам стенки камеры. Он выполняется из листового металла и приваривается или припаивается к рубашке. Жидкость подводится через один, два или более патрубков с приваренными фланцами 5 для соединения с трубопроводами, идущими от ТНА.
Неохлаждаемая часть сопла испытывает сравнительно небольшое внутреннее давление и изготовляется из тонколистового материала (стали, тагана). Для защиты от высокой температуры применяются различные по-крытия, наносимые электроосаждением, плазменным распылением, диффузионным и другими способами. 6.2. Особенности проведения прочностного расчёта камер ЖРД 1) Камера двигателя является, как правило, двустенной, скрепленной При работе ЖРД температуры наружной и внутренней оболочек различны и переменны как вдоль оболочки, так и по ее толщине. В наиболее тяжелых температурных условиях работает внутренняя оболочка. Средняя температура ее много выше, чем у наружной оболочки и, кроме того, значительно изменяется температура по толщине ее (тем больше, чем больше тепловой поток через стенку и чем меньше теплопроводность стенки). При таких температурных условиях работы в стенках возникают большие температурные на-пряжения и ухудшаются механические свойства материала. Ввиду этого при прочностных расчетах камеры ЖРД необходимо учитывать температуру и неравномерность ее по толщине внутренней оболочки, а также изменение механических свойств материала при повышении температуры. 2) Разность между давлением в охлаждающем тракте и статистическим Вследствие этого прочностные расчеты внутренней оболочки необходимо проводить минимум для двух сечений: сечения наибольшей разности давлений и сечения наибольшей температуры внутренней оболочки. 3) Проведение расчетов камеры двигателя на прочность по допускае Поэтому основным критерием пригодности камеры ЖРД целесообразно считать не значения возникающих напряжений, а величину деформаций как оболочки в целом, так и ее элементов. 4) Прочностные расчеты камеры ЖРД имеют характер проверочного Все основные размеры оболочек, способы скреплений, а также нагрузки на оболочку и температуры ее определяются в первую очередь условиями жности системы охлаждения и обеспечения заданной тяги двигателя и лишь затем - условиями прочности. Если какие-либо элементы камеры не удовлетворяют условиям прочности, мы не можем изменять их размеры без введения существенных поправок в расчет охлаждения или тепловой расчет камеры. Так, например, мы не можем увеличить толщину стенки внутренней оболочки, так как при этом резко изменятся условия охлаждения. 6.3. Требования, предъявляемые к камерам ЖРД Камера ЖРД любого типа и конструкции должна удовлетворять определенным требованиям, обусловленным особенностями ее работы и эксплуатации. Основными особенностями камеры ЖРД отличающими ее от камер сгорания других тепловых двигателей, являются: 1) высокая теплонапряженность ее рабочего объема, что предъявляет особые требования к конструкции камеры сгорания;
2) большие давления и температуры газов в ней (около 20-80 ата и 2800-3600 К), что предъявляет особые требования к материалам и к системе охлаждения; 3) малое время, отводимое для сгорания в ней топлива (не больше 0,005 сек.), что требует очень хорошего распыла компонентов топлива при подаче в камеру сгорания для более полного их сгорания; 4) большие секундные расходы компонентов топлива, в силу чего требуется надежное зажигание его при запуске двигателя; 5) резкое ухудшение экономичности работы камеры двигателя и условий ее охлаждения при изменении режима работы относительно расчетного; 6) жёсткое ограничение по весу, вследствие специфики использования ЖРД на летательных аппаратах, что требует применения для изготовления камеры легких и прочных материалов при условии их работы с весьма малыми запасами прочности. Главной задачей при проектировании и конструировании камеры двигателя является обеспечение возможно большего удельного импульса при минимальном весе и максимальной надежности конструкции. В ряде случаев, когда это компенсируется соответствующим уменьшением веса, вполне допустимо некоторое снижение удельного импульса. Хотя такое мероприятие дает косвенный эффект и связано иногда со значительным изменением конструкции двигателя, но тем не менее им не следует пренебрегать. Конструктивные и эксплуатационные особенности ЖРД во многом зависят от вида применяемых компонентов топлива. При проектировании камеры двигателя необходимо стремиться обеспечить: 1) надежное воспламенение топлива при запуске в любых атмосферных условиях; 2) устойчивое горение топлива (без пульсаций давления) в диапазоне установленных режимов работы двигателя; 3) малые потери энергии топлива при сгорании в минимальном объеме и заданном режиме работы двигателя; 4) надежность охлаждения (если двигатель охлаждаемый) и работы в пределах установленных режимов и ресурса; 5) небольшой перепад давления жидкости в охлаждающем тракте; 6) простоту конструкции камеры, минимальные удельный вес и стоимость. Камеры ЖРД существующих двигателей, созданные на основании экспериментальных исследований, большинству этих требований в значительной мере удовлетворяют. Совершенство камеры ЖРД в основном определяется величиной развиваемого удельного импульса при простой, легкой и надежной конструкции. Величина удельного импульса двигателя является наиболее существенным параметром, определяющим дальность полета боевого аппарата при заданном совершенстве его конструктивного выполнения.
Основным фактором, влияющим на величину удельного импульса камеры двигателя, является качество организации и осуществления в ней рабочего процесса. Изучение процессов сгорания топлива в камерах ЖРД с целью дальнейшего их улучшения и совершенствования представляет весьма обширную область экспериментальных и теоретических исследований. Для совершенствования конструкции камеры двигателя необходимы дальнейшие исследования процессов сгорания в ней заданных топлив при различных соотношениях компонентов и давлениях горения в зависимости от конструкций распыляющего устройства, скоростей впрыска компонентов топлива, конфигурации камеры сгорания и сопла, а также других факторов и условий работы двигателя. 6.4. Выбор материала для камеры ЖРД Материал камеры двигателя должен быть по возможности более прочным, легким и обладать хорошими пластическими свойствами. Для материала внутренней оболочки желательно сочетание высокой теплопроводности и удовлетворительных прочностных свойств при высоких температурах, однако, как правило, жаропрочные сплавы имеют плохую теплопроводность. Для внешней оболочки теплопроводность большого значения не имеет и поэтому МПЧ главным требованием к материалу является его высокая прочность и возможно меньшая плотность. В некоторых случаях, при высокотеплопроводных скреплениях, температура наружной оболочки может достигать 300-400°С и тогда материал должен обладать достаточно хорошей жаропрочностью. Кроме того, в зависимости от типа конструкции и применяемых ком-понентов, материал должен удовлетворять условиям свариваемости, кислото-стойкости и не являться катализатором. Основные рекомендации по выбору конструкционных материалов при производстве камер ЖРД представлены ниже: 1. Сталь 12Х18НЮТ применяется для внутренних оболочек цилиндрической и сужающейся части камер при температуре газа менее 3000 К, а также для внутренней оболочки расширяющихся частей сопел. 2. Сталь 12Х18Н9Т в настоящее время не рекомендуется для внутренних оболочек камер из-за склонности к межкристаллической коррозии. 3. Сталь 1X21Н5Т целесообразно применять для выполнения силовых колец камер, т.к. она не требует термообработки после сварки. Кроме того, сталь 1X21Н5Т хорошо сваривается с бронзой, и поэтому может использоваться в качестве промежуточного кольца при сварке внутренних оболочек из стали 12Х18Н1ОТ и бронзы типа БрХ-08. Сталь 1Х21Н5Т рекомендуется также для изготовления наружных оболочек расширяющихся частей сопел. Эта сталь при температуре пайки обладает высокой пластичностью, что обеспечивает хороший контакт со связями и высокое качество пайки узлов сложной формы. 4. Сталь Х16Н4БА используется для изготовления наружной оболочки цилиндрической и сужающейся частей камеры двигателя, т.к. при температуре более 500 К она обладает высокими механическими характеристиками.
5. Титановые сплавы применяются для изготовления наружной и внутренней оболочек расширяющейся части сопел, работающих в восстановительной среде. Для окислительной среды титановые сплавы применять не рекомендуется, т.к. они могут возгораться из-за растрескивания окисной плёнки. 6. Медные сплавы используются для изготовления внутреннего днища и внутренних оболочек цилиндрической части камеры и суживающейся части сопла в двигателях с высоким давлением в камере (более 10 Мпа). 6.5. Формы камер ЖРД Камера двигателя является главным агрегатом ракетной двигательной установки. Различают изобарические и скоростные камеры сгорания. Камеры сгорания с приблизительно постоянным по длине давлением иногда называются изобарическими камерами. К ним следует относить камеры, у которых FK / F * >3 Отношение FK/ F*, называют обычно безразмерной площадью камеры сгорания. Если значение FK/ F* < 3, то при сгорании в камере скорость потока значительно возрастает по её длине, в то время как давление, согласно уравнению закона сохранения энергии, падает. Такие камеры сгорания уже нельзя относить к изобарическим; их называют скоростными. В пределе FK/ F*=1 камеры двигателя носят название полутеплового сопла. Известны следующие основные формы камер сгорания ЖРД рис.31. 1.Цилиндрическая. 2.Шарообразная (или грушевидная). 3.Коническая. 4.Кольцевая (торовая, цилиндрическая). Рассмотрим особенности каждой из этих форм. В настоящее время наиболее распространены цилиндрические камеры сгорания. Они применяются для камер двигателей всех тяг. Основным достоинством цилиндрической камеры сгорания по сравнению с камерами сгорания других форм является простота ее конструкции и изготовления а, следовательно, малая стоимость. Кроме того, она имеет меньший габаритный диаметр. Рис.31 Формы камер сгорания: а —цилиндрическая; б—полугепловое сопло; в —шарообразная; г — коническая; д, е —кольцевые К основным недостаткам цилиндрической камеры сгорания, по сравнению с камерами других форм, относятся: 1) при одинаковом объеме она имеет большую поверхность оболочки, что усложняет ее охлаждение; 2) при прочих равных условиях она имеет худшую прочностную характеристику, что увеличивает ее удельный вес и стоимость; 3) газовый поток в этой камере сгорания больше обжимается поверхностью оболочки, чем в шарообразной камере сгорания, что несколько гасит его турбулентность и утоняет ламинарный слой газа около поверхности оболочки, снижая полноту сгорания топлива и, следовательно, удельный импульс и увеличивая теплоотдачу от газов к оболочке; 4) меньшая устойчивость работы в отношении высокочастотных колебаний, что ограничивает ее расходонапряженность, а также сужает пределы регулирования тяги изменением расхода топлива. Цилиндрические камеры сгорания выполняются со съемными или приварными головками. Эти камеры обычно стоят на двигателях малых и средних тяг однократного и многократного применения, где в первую очередь требуются простота и дешевизна конструкции. В последнее время наиболее часто применяются камеры сгорания цилиндрической формы с плоской головкой и од-нокомпонентными центробежными форсунками. Примером ЖРД с цилиндрической камерой сгорания могут служить двигатели ОРМ-65и РД-107, рис.32 Шарообразные и близкие к ним грушевидные камеры сгорания по сравнению с камерами сгорания других форм имеют следующие основные достоинства: 1) при заданном объеме они имеют относительно меньшую поверхность оболочки, что уменьшает удельный вес камеры сгорания и облегчает ее охлаждение;
Рис. 32 Двигатели с цилиндрической камерой сгорания: а- ОРМ-65 (1936 г.); б— РД-107 (1954—1957 гг.); 1 - внутренняя оболочка камеры; 2 - корпус; 3 - вкладыш; 4 - штуцер подачи окислителя; 5—форсунка окислителя; 6—головка; 7—форсунка горючего, 8—нить накаливания: 9— воспламеняющий состав; 10 — зажигательная шашка 2) при заданном давлении в камере сгорания они имеют меньшую толщину оболочки, что уменьшает удельный вес камеры сгорания; 3) оболочка этих камер сгорания обладает большей устойчивостью против вдавливания внутрь под воздействием на нее статического давления охлаждающей жидкости; 4) процесс сгорания топлива в них протекает более полно благодаря сравнительно хорошей турбулизации газового потока, что повышает удельный импульс двигателя на 2—3%; 5) при прочих равных условиях в этих камерах меньше теплоотдача от газов к оболочке камеры вследствие наличия около ее поверхности более толстого ламинарного слоя, ухудшающего теплоотдачу к оболочке от газов и облегчающего этим охлаждение камеры сгорания (газовый поток сравнительно меньше обжимается поверхностью оболочки). К основным недостаткам шарообразных камер сгорания относятся: 1) сложность конструкции и технологии изготовления, что увеличивает ее стоимость; 2) сравнительно больший диаметр камеры сгорания, что может потребовать увеличения миделя ракеты. Шарообразные камеры сгорания обычно имеют приварную шарообразную головку. Эту форму камеры сгорания имеют двигатели большой тяги со значительной продолжительностью работы, когда объем камеры сгорания настолько велик, что становится целесообразным предкамерный распыл компонентов, а также когда выгоды от уменьшения ее веса и повышения экономичности работы за счет формы преобладают над увеличением стоимости ее изготовления. Примером ЖРД с шарообразными камерами сгорания может служить немецкий спирто-кислородный двигатель А-4, рис.33. У конических камер сгорания по существу вся камера является входной частью сопла. Они имеют пониженные значения Iуд по сравнению с другими типами камер и вследствие этого не применяются, представляя только исторический интерес. Основной причиной снижения Iуд являются большие скорости продуктов сгорания в камере. Вследствие этого превращение тепловой энергии в работу расширения является менее полным, т.е. имеют место большие потери на тепловое сопротивление. Кроме того, в конических камерах зона распыливания и испарения занимает значительную часть её полного объёма; зона сгорания при этом уменьшается, что приводит к худшему сгоранию или требует увеличения полного объёма камеры. Применение кольцевых камер сгорания в ЖРД определено использованием сопел с центральным телом. Различают цилиндрические и торовые кольцевые камеры сгорания. Кольцевые камеры круглого сечения (торовые) целесообразно применять при разгоне газа в сопле с центральным телом до больших чисел М. По сравнению с другими типами кольцевые камеры сгорания имеют ряд недостатков. Поверхность их значительно больше, что приводит к увеличению веса и затрудняет охлаждение камеры, особенно, «юбки» сопла. Кольцевая камера сгорания сложна в изготовлении, а для обеспечения её жесткости необходимы либо специальные наружные рёбра жесткости, либо охлаждаемые стойки, связывающие наружный контур камеры с внутренним. Достоинствами кольцевой камеры сгорания являются: возможность регулирования модуля и направления вектора тяги, а также уменьшение вероятности возникновения вибрационного горения при разбивке камеры по окружности на ряд отдельных секций; пониженные продольные геометрические размеры, по сравнению с другими типами камер; возможность установки в полости центрального тела ТНА или других агрегатов. Рис.33 Камера двигателя ракеты А-4: 1—верхняя полость; 2— главный клапан горючего; 3— нижняя полость горючего 4—форкамера; 5—"упор для передачи силы тяги на раму: 6—патрубок подвода горючего 7— тор; S—нижний пояс внутреннего охлаждения, 9—внутренняя оболочка камеры; 10— внешняя оболочка камеры; 56 11, 12 - пояса внутреннего охлаждения: и—дополнительный пояс внутреннего охлаждения; 14— верхний пояс внутреннего охлаждения 6.6. Головки камер ЖРД и их конструкция Головка камеры двигателя является главным узлом, обеспечивающим правильную организацию смесеобразования в камере сгорания. Конструк-ция головки должна обеспечить устойчивое горение в камере, а также способствовать плавному выходу двигателя на режим и уменьшению импульса последействия. При проектировании головки должно быть осуществлено необ-мое размещение и надежное крепление форсунок, наиболее удобный подвод компонентов к форсункам и технологически возможно более простое соединение головки с камерой сгорания. На головке располагаются устройства для ввода в камеру топлива. Жидкое топливо подается в камеру форсунками, а в случае применения схемы с дожиганием газа, поступающего из ТНА, или при подаче топлива (например, перекиси водорода) в газообразном состоянии - через специальные окна, вы- полненные в головке. При двухкомпонентном жидком топливе головка имеет днe полости. В двигателях с регулированием тяги путем отключения групп форсунок эти полости могут иметь дополнительные перегородки, позволяющие отдельно подводить топливо к различным группам форсунок. На головке размещаются также узлы крепления двигателя, клапаны, служащие для запуска, отсечки и регулирования тяги двигателя, а в ряде случаев и антивибрационные устройства, и воспламенители. Основным требованием к конструкции головки является обеспечение заданных условий смесеобразования и защиты стенок камеры от чрезмерного нагрева и прогара. Эти задачи, как указывалось, решаются рациональным размещением форсунок на головке, выбором производительности отдельных групп форсунок и их характеристик, а также надлежащим охлаждением двигателя. Одновременно конструкция головки должна обладать достаточной жесткостью несмотря на ослабление ее стенок большим количеством отверстий под форсунки, обеспечивать возможность подвода компонентов с минимальным гидравлическим сопротивлением и иметь надежную защиту от перегрева горячими газами. Для наилучшего смешения компонентов на головке желательно разместить максимально возможное число форсунок. Минимальное расстояние между форсунками определяется условиями прочности стенки головки, условиями размещения в теле головки каналов для подвода компонентов, если головка не имеет общей полости компонента, и, наконец, размерами форсунки. При центробежных форсунках определяющим фактором является размер форсунки, так как жесткость головки может быть обеспечена включением корпуса форсунки в силовую схему, а подвод компонентов в большинстве случаев осуществляется из общей полости. При струйных форсунках, имеющих относительно малые размеры, минимальный шаг определяется при данном угле рас-пыла расстоянием от поверхности головки зоны соударения струй или усло- виями подвода компонента. В выполненных конструкциях при центробежных форсунках шаг составляет 6-30 мм, а при струйных форсунках минимальный шаг может быть доведен до 3 - 4 мм. Тот или иной способ размещения форсунок выбирается либо на основании имеющегося опыта смешения компонентов топлива данного состава, либо из чисто конструктивных соображений, включающих подвод топлива и жесткость головки. Основными конструктивными элементами головки являются форсуночное днище и наружная стенка. В свою очередь форсуночное днище чаще бывает двухстенным и реже - одностенным. При двухстенном форсуночном днище головка в целом является трехстенной. Тогда стенку форсуночного днища, обращенную к камере сгорания, называют внутренней или огневой, а вторую средней. Одним из основных требований, предъявляемых к конструкции головки, является обеспечение достаточной ее жесткости, а также сохранениягерме-тичности ее элементов при возможных деформациях. Головки камер ЖРД подразделяются на плоские, шатровые, сферические, цилиндрические и вихревые, рис.34. Плоские головки являются наиболее распространенным типом. Плоские головки камеры имеют различное конструктивное оформление.- Иногда их выполняют трехстенной конструкции с отдельными полостями для горючего и окислителя. Верхнее днище обычно имеет шаровидную форму, тогда как последние два днища — плоские, в которых монтируют форсунки. При этом: компонент топлива, используемый для охлаждения камеры, поступает в нижнюю полость головки, образуемую плоскими днищами, откуда через форсунки впрыскивается в камеру сгорания. Второй компонент топлива подается прямо в верхнюю полость головки, образуемую шарообразным верхним и плоским средним днищами, а из нее затем поступает в камеру сгорания через сквозные трубки, пересекающие плоские днища головки и заканчивающиеся форсунками. Все три днища головки камеры связаны между собой. Верхнее днище связывается со средним плоским днищем косынками различной формы, а для связи плоских днищ можно использовать точечные выштамповки или развальцовку корпуса форсунок. Так как число форсунок обычно бывает весьма большим (измеряется сотнями), то последний способ связи между собой оболочек практически оказывается также достаточно надежным. Конструктивное оформление головки в основном зависит от выбранной формы камеры сгорания, ее диаметра, вида компонентов топлива, а также от того, какой компонент топлива используется для охлаждения камеры. Плоские головки применяются в камерах двигателей малых и средних тяг. Они наиболее удобны для цилиндрических камер сгорания благодаря конструктивной простоте и удобству расположения на них струйных и центробежных форсунок горючего и окислителя. Плоские головки в сочетании с цилиндрической камерой сгорания обеспечивают хорошую однородность поля скоростей и концентрацию компонентов топлива по поперечному сечению камеры. Рис.34 Классификация головок камер ЖРД Преимущество плоских головок - в простоте конструкции; кроме того, плоские головки позволяют достаточно хорошо обеспечить однородность поля скоростей и концентраций топлива по поперечному сечению камеры сгорания. Недостатком плоских головок является относительно небольшая прочность и малая жесткость. Поэтому в плоских головках крegyогабаритных двигателей необходимо предусматривать подкрепляющие элементы, обеспечивающие требуемую прочность и жесткость головки. Сферические головки часто выполняются с предкамерами и применяются в основном в камерах спирто-кислородных двигателей средних и больших тяг. Эта головка удачна и с точки зрения борьбы с явлениями, связанными с поперечными акустическими колебаниями, характерными для двигателей с камерой сгорания большого диаметра. Достоинство этой головки состоит в высокой ее прочности и жесткости, а недостаток—в сравнительно сложной конструкции. Постановка предкамер на головке камеры облегчает экспериментальную отработку распыливающего устройства, так как в этом случае возможна предварительная доводка только одной предкамеры, что значительно проще и дешевле доводки всей распылительной плоской головки. Шатровые головки, по форме напоминающие шатер, находят применение в двигателях малых и средних тяг, а также в качестве форкамер. Преимуществами шатровой головки являются большая, чем у плоской головки, поверхность для размещения форсунок и хорошие прочностные свойства. Недостатки головки - в сложности изготовления и неравномерности распределения топлива по сечению. При шатровой головке возможно образование «жгута» распыленного топлива. Вихревые и цилиндрические головки обеспечивают достаточно эффективный распыл компонентов топлива, за счет их лобового соударения. Один из компонентов через подводящий коллектор и отверстия, выполненные в боковой стенке, подается во внутреннюю полость головки (в вихревой головке отверстия тангенциальны по отношению к полости смешения, а в цилиндрической - перпендикулярны), а другой - направляется в нее через, как правило, струйные форсунки, установленные в верхней (вихревая) или периферийной (цилиндрическая) зоне головки. На внутреннюю полость вихревой головки камеры нанесено выгорающее покрытие, обеспечивающее охлаждение стенки. 6.7. Конструктивные особенности выполнения систем охлаждения камер сгорания Камеры сгорания в основном выполняются двухстенными. В отдельных случаях находят применение одностенные и трёхстенные конструкции. Возможны и комбинированные конструкции, когда отдельные части камеры при принятой в целом двухстенной конструкции могут иметь одну или три стенки. Все эти различия в основном определяются принятой схемой охлаждения или тепловой защиты стенок. Простейшими являются одностенные камеры; они могут быть неохла-ждаемыми и охлаждаемыми. При малой продолжительности работы двигателя и невысоком тепловом режиме иногда применяются одноетенные камеры с ёмкостнымохлаждением. Значительно большую длительность работы обеспечивает нанесение на стенку теплоизолирующих покрытий и тугоплавких материалов или материа-лов с малой теплопроводимостью. Тогда стенка сохраняет относительно низкую температуру и её несущая способность практически не понижается к кон-цу работы двигателя. Применение теплоизолирующих покрытий, керамиче-ских, наносимых непосредственно на стенку, в некоторых случаях, например, при кратковременной работе двигателя с невысокой температурой в камере сгорания, может дать экономию в весе по сравнению с системой наружного охлаждения, до 20-30%. Находят применение также конструкции камер сгорания с теплоизоли-рующим покрытием, образующимся в процессе работы двигателя, рис.35. Если одностеночная камера выполняется из стекловолокна, пропитанного феноль-ными или эпоксидными смолами, то теплоизолирующее покрытие наносить не обязательно. При нагреве связующие вещества стеклопластика, выгорая, обуг-ливаются, образуя на обращенной к камере сгорания поверхности стенки по-крытие, плохо проводящее тепло и обеспечивающее сохранность механических свойств материала в невыгоревших слоях. В некоторых конструкции камера образована из стекловолокна с ненаправленным расположением волокон. Толстостенный корпус камеры сгорания жестко соединён с металлическим фланцем, с помощью которого корпус камеры винтами крепится к головке. Уплотнение достигается с помощью пазового стыка. Лучшими механическими свойствами под действием газовой нагрузки обладает корпус камеры сгорания, выполненный из стеклопластиковой узкой ленты с направленным расположением волокон, которая в процессе намотки укладывается ребром к оси камеры. Стенки камеры могут защищаться от нагрева, как в конструкции камеры с вихревой головкой и выгорающей вставкой, изготовленной из силиконо-вой ткани, пропитанной фенольными смолами. Вставка с зазором входит внутрь алюминиевого корпуса камеры сгорания со стороны расширяющейся части сопла. Кольцевой зазор между вставкой и корпусом заливается изоляци-онным материалом. К сопловому фланцу корпуса ка болтах крепится неохлаж-даемая сопловая приставка с рёбрами жесткости на наружной поверхности. Охлаждаемые одноетенные камеры могут быть с внутренними каналами и без каналов. В первом случае камера сгорания и сопло выполняются толстостенными с внутренними сверлеными и относительно редко расположенными каналами. Для облегчения камера может изготавливаться из алюминиевого сплава. Недостатком такой конструкции является трудность выполнения каналов внутри стенки на сужающейся и расширяющейся части сопла. При этом требуется либо большая толщина стенки для возможности сверления наклонного относительно оси камеры длинного канала, либо изготовление сопла из отдельных коротких отсеков. Наиболее просто осуществляется охлаждение одностенной камеры сгорания при размещении её непосредственно в баке одного компонента топ- Рис.35 Камера с вихревой головкой, выгорающей вставкой и неохлаждаемым насадком сопла. 1-грибовидный распылитель окислителя; 2 - форсунки горючего; 3-коллектор горючего; 4 - выгорающая вставка; 5 - стенка камеры; 6 - сопловая приставка. лива, рис.36. Такая конструкция применима, если двигатель имеет сравнительно малую тягу, а диаметральные размеры летательного аппарата позволяют разместить бак вокруг камеры ЖРД. Стенка камеры сгорания может быть прак-тическиразгружена от действия сил давления газов, когда применяется, балон-ная подача топлива. Двухстенные конструкции применяются в тех случаях, когда камеры имеют регенеративное охлаждение. Они отличаются типами связей между стенками и формами каналов для наружного охлаждения. Двухстенные камеры могут быть совсем без силовых связей между стенками на участке между головкой и соплом, с редко расположенными и часто расположенными связями. Двухстенные камеры без промежуточных связей могут выполнятся при малых диаметрах камеры сгорания, а также при низких давлениях в камере и температуре внутренней стенки порядка 250-400°С. При таких температурных условиях внутренняя стенка толщиной 2-5 мм обладает достаточной жесткостью и способна без потери устойчивости выдержать нагрузку от сил давления охлаждающей жидкости и газов. Наружная стенка, имеющая ещё более благоприятные температурные условия, также способна воспринять нагрузку от сил давления охлаждающей жидкости. Рис. 36 ЖРД с камерой сгорания, размещенной внутри топливного бака: 1 - стенка сопла; 2 - бак горючего; 3 - кожух; 4 - внутренняя стенка камеры сгорания; 5 - наружный корпус бака Внутренняя и наружная стенки в таких конструкциях связываются между собой через головку и вблизи обреза сопла, а иногда дополнительно у конца камеры сгорания
|
||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2020-10-24; просмотров: 156; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.142.173.227 (0.134 с.) |