£ 3. Определение объема камеры сгорания двигателя |
293 |
4)объем камеры сгорания необходимо выбирать оптимальным как по величине удельной тяги, так и по ее удельному весу;
5)оптимальный объем камеры сгорания можно уменьшить за счет увеличения в ней давления газов, применения более совершен
ного распыливающего устройства, установки в камере специаль ных турбулизаторов и проведения других мероприятий, ускоряющих процессы подготовки и сгорания топлива;
6) чем меньше объем камеры сгорания, тем легче ее охладить одним из компонентов топлива при небольшом перепаде давления
в охлаждающем тракте и меньше ее удельный вес (камеры сгора
ния эллиптической и шарообразной формы имеют относительно меньшие охлаждаемые поверхности).
Перечисленные факторы, обусловливающие величину опти мального объема камеры сгорания, противоречивы. Например, ка мера сгорания большого объема, обеспечивающая полное сгорание топлива, не может одновременно иметь малый удельный вес или небольшие потери давления жидкости в охлаждающем тракте. Поэтому при определении потребного объема камеры сгорания
нужно принимать компромиссное решение, удовлетворяющее боль шинству предъявляемых требований в зависимости от назначения и условий работы двигателя.
Пример 2. Определить объем и приведенную длину камеры сгорания
двигателя, если диаметр |
ее цилиндрической |
части |
230 мм, длина 320 мм |
|||
и диаметр критического сечения сопла — 92 мм. |
|
|
||||
1. |
Площадь критического сечения сопла |
|
|
|||
|
|
|
*dKP |
3,14-9,22 |
„ |
„ |
|
Гкр =----- — - |
=66,48 сл«2 |
||||
|
|
|
4 |
4Л |
|
|
2. Площадь поперечного сечения сужающейся части сопла, по которой |
||||||
вычисляется объем камеры сгорания: |
|
|
||||
|
|
F = З^р = 3-66,48 = 199,44 см*, |
|
|||
откуда |
диаметр этого |
сечения |
|
|
|
|
|
d =,= |
±12234 = |
см |
16О мм |
||
|
|/ |
л |
У |
3,14 |
|
|
3.Длина сужающейся части сопла, включаемая в объем камеры сгорания, согласно чертежу сопла равна /сж=120 мм.
4.Объем камеры сгорания
-/
^К = Kl + = ~ГК 1/К.Ц + "З- (ГК.и. + гк-Цг + г2) ~
о
= 3,14-1,152.3,20 + 3,14-1,20 (1,152 + 1,15-1,20 + 1,202) = 18,62 л.
О
5. Приведенная длина |
камеры сгорания |
|
|
/ = -^_ |
18,62-1000 |
см — 2,8 |
м. |
'пр — р |
=------ ---------- = 280 |
||
Гкр |
66,48 |
|
|
294 |
Гл. 7. Проектирование и расчет камер ЖРД |
§ 4. Достоинства и недостатки камер сгорания различных
конструктивных форм и их головок
Конструкция камер ЖРД обусловливается их общей компонов кой и конструктивными особенностями головки, камеры сгорания, сопла, охлаждающего тракта, силовой связи оболочек и т. п. Клас сификация камер сгорания существующих ЖРД приведена в гл. 2.
Камеры ЖРД могут иметь несвязанную и связанную по своим
поверхностям силовую схему оболочек.
Для облегчения охлаждения внутреннюю оболочку камеры це лесообразно выполнять возможно тонкой, чтобы уменьшить разни-
|
цу между температурами ее газо |
|
|
вой и жидкостной поверхностей- |
|
|
Однако в этом случае вследствие |
|
|
превышения давления жидкости в |
|
|
охлаждающем тракте под давле |
|
|
нием газов внутри камеры сгора |
|
Фиг. 7. 2. Схема расположения сило |
ния необходимо крепить эту обо |
|
лочку к наружной оболочке каме |
||
вых связей оболочек камеры. |
||
|
ры. В существующих ЖРД сило |
вая связь между оболочками камеры осуществляется при помощи контактной сварки или высокотемпературной пайки. Контакт в ме
стах сварки (пайки) осуществляют либо посредством специальных
прокладок, либо путем выштамповок в наружной оболочке — ру
башке камеры.
Расположение связей оболочек камеры может быть продоль
ным, винтовым и точечным (фиг. 7.2).
При конструировании камер ЖРД со связанными оболочками
первостепенное значение приобретает выбор типа и схемы распо ложения связывающих элементов. Точечные связи могут быть рас положены по прямоугольной или по шахматной схеме.
Расположение силовых связей определяет схемы нагружения оболочек камеры двигателя.
При скрепленной силовой схеме оболочек силовые нагрузки воспринимаются обеими оболочками, и поэтому внутреннюю оболоч ку можно выполнить относительно меньшей толщины (малого веса), что значительно облегчает условия ее охлаждения и упрощает тех нологию производства таких камер. Однако при этой схеме оболо чек трудно практически обеспечить прочность скрепления их между собой, и значительно возрастает перепад давлений охлаждающей
жидкости в тракте при наличии точечных связей в виде выштампо вок, особенно при высоких давлениях в камере сгорания.
При подаче жидкости под давлением в межрубашечное про странство камеры в местах контакта оболочек возникают силы, реакции. Напряженное состояние внутренней оболочки камеры будет определяться значением давления жидкости в тракте и вели чинами сил реакции. Последние являются в первую очередь функ
$ 4. Достоинства и недостатки камер сгорания |
295 |
циями давления жидкости, а также жесткости оболочек |
камеры, |
схемы расположения и числа связывающих элементов. |
|
Наибольшее применение получили камеры сгорания цилиндри ческой и шарообразной или близкой к ней форм. Основным досто инством цилиндрической камеры сгорания по сравнению с камера ми сгорания других форм является простота ее конструкции и из готовления и, следовательно, малая стоимость. Кроме того, она имеет меньший габаритный диаметр.
К основным недостаткам цилиндрической камеры сгорания от носятся:
1)при одинаковом объеме она имеет большую поверхность обо лочки, 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, удельную тягу и увеличивая теплоотдачу от газов
воболочке;
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 двигате лях малых и средних тяг однократного и многократного примене
ния, где в первую очередь требуются простота и дешевизна кон струкции. В последнее время наиболее часто применяются камеры сгорания цилиндрической формы с плоской головкой и однокомпо нентными центробежными форсунками. Примером ЖРД с цилин
дрическими камерами сгорания могут служить немецкие керосино азотнокислотные двигатели.
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 по верхность оболочки, что уменьшает удельный вес камеры сгорания
иоблегчает ее охлаждение;
2)при заданном давлении в камере сгорания они имеют мень шую толщину оболочки, что уменьшает удельный вес камеры сго рания;
3)оболочка этих камер сгорания обладает большей устойчи
востью против вдавливания внутрь под воздействием на нее стати ческого давления охлаждающей жидкости;
4)процесс сгорания топлива в них протекает более полно бла годаря сравнительно хорошей турбулизации газового потока, что
повышает удельную тягу двигателя на 2—3%;