306 |
Гл. 7. Проектирование и расчет камер ЖРД |
|
|
Объем эллипсоида вращения выражается уравнением |
|
|
V—V— — ~abc = — r,ab2, |
(7.11) |
где а — большая полуось;
b — малая полуось эллипсоида вращения, а ось с = Ь.
Для камеры сгорания эллиптической формы на основании дан-
, |
3 |
|
|
ных статистики можно принять Ь= — а, т. е. |
|
|
|
1/к = х-а3, |
|
|
|
к |
4 |
|
|
откуда |
з__ |
|
|
|
|
|
|
а = 0,75/1/к. |
|
(7.12) |
|
Тогда искомый вид формулы для определения диаметра эллип |
|||
тической камеры сгорания будет |
|
|
|
|
з___ |
|
|
йГк=26=1,5а=1,125УИк. |
(7.13) |
||
Так как отношение расходонапряженности камеры |
сгорания |
||
к давлению в ней рк почти постоянно, то |
диаметр dK |
обратно |
|
пропорционален корню квадратному из рк, т. е. afK^l//рк. |
|||
Между диаметром камеры сгорания и критическим |
сечением |
||
сопла современных двигателей |
существует |
следующая |
зависи |
мость: |
|
|
|
а) в цилиндрических камерах сгорания азотнокислотных двига телей
^(2,0н-3,0Кр;
б) в шарообразных камерах сгорания спирто-кислородных дви гателей
(2,3-н 2,5) г/кр.
Пересчитать объем шара в объем грушевидной формы камеры сгорания и приближенно определить ее длину можно следующим
образом:
1)в некотором масштабе вычерчивают окружность диаметром dK (фиг. 7. 8);
2)в том же масштабе откладывают на вертикальном диаметре
высоту h~ (0,1 ч-0,2)dK и проводят хорду — линию 2-2, параллель ную 1-1, на которую наносят диаметр распылительной головки ка меры dron,
3) по чертежу этой же окружности определяют высоту шаро вого сегмента hi, отсекаемого линией 2-2\
308 |
Гл. 7. Проектирование и расчет камер ЖРД |
9)наконец, находят искомую длину камеры сгорания:
^к.с ~ — (^i + ^з) + h2 + Л4.
В этом приближенном подсчете длины камеры сгорания нами не учтен объем предкамер принятой системы распыла компонентов топлива; при точных расчетах этот объем нужно учитывать.
После этого подсчета нужно приступить к конструктивному про
филированию камеры сгорания и сопла, делая необходимые от ступления от приведенной предварительной расчетной схемы фор
мы камеры сгорания двигателя.
Распределить вычисленный объем эллипсоида вращения в же лаемую форму камеры сгорания и приближенно определить ее дли ну можно следующим образом:
1) в некотором масштабе вычерчивают эллипсоид вращения (фиг. 7.9), пользуясь ранее вычисленными величинами dK и а
(здесь а — большая полуось эллипсоида);
2) в том же масштабе на чертеже эллипсоида откладывают
диаметр распылительной головки камеры сгорания dro„ и определя ют высоту сегмента hi, отсекаемого при этом линией /-/;
3)определяют dKP, который в том же масштабе откладывают внизу чертежа эллипсоида вращения, соблюдая при этом на глаз известную пропорцию основных геометрических размеров камеры;
4)к эллипсоиду вращения проводят касательные линии А и В
ипо чертежу определяют высоту сегмента h2, отсекаемого от эл
липсоида линией 2-2;
5)аналогично камере шаровой формы определяют диаметр су
жающегося сечения сопла, где площадь /? = 3FKp, и соответствую щие объемы, а затем находят длину камеры сгорания.
Длину камер сгорания цилиндрической и сужающейся форм определяют аналогичным способом.
Длина цилиндрической части камеры сгорания должна быть
такой, чтобы в ней в основном успевали заканчиваться процессы сгорания топлива.
В камерах сгорания двигателей больших тяг сужающаяся часть сопла имеет значительные размеры. Поэтому время пребывания газов в этой докритической части сопла велико, что необходимо особо учитывать при точных расчетах длины камеры двигателя.
Если известны объем камеры сгорания VK, ее диаметр t/K, диа метр критического сечения сопла d^> и построен профиль сужаю щейся части камеры (сопло), то длина цилиндрической части ка меры сгорания может быть достаточно точно вычислена по разно сти объемов (см. пример 2):
^ц=Ик-Исж, |
(7.14) |
где Усж —объем сужающейся части камеры сгорания, |
опреде |
ляемый по ее геометрическим характеристикам (см, § 3, |
гл. 7). |
§ 7. Основные геометрические характеристики камеры двигателя |
309 |
Зависимость длины цилиндрической части камеры сгорания от pR еще не установлена. Однако можно считать, что при повышении
рк оптимальная длина этой части камеры должна уменьшаться вследствие интенсификации в ней при этом рабочего процесса и требований повышения динамической устойчивости работы двига теля.
Длина цилиндрической части камер сгорания некоторых совре менных двигателей колеблется в пределах 1п~ (1,04-2)
У двигателей с тягой больше 10—35 т и при повышенном дав лении газов в камере сгорания длина цилиндричеекой части ка меры может быть меньше ее диаметра.
Конструктивные размеры камер сгорания любой формы уста навливают в процессе ее рабочего проектирования и выполне ния прочностных расчетов. Расчетные значения основных геомет рических размеров камеры сгорания можно округлять, так как не большое их изменение практически не оказывает существенного
влияния на характеристики работы двигателя.
При выборе диаметра цилиндрической части камеры сгорания двигателя необходимо иметь в виду, что:
1)при чрезмерно большом dR конструктивно удобно располо жить на головке камеры топливные форсунки нормальной произ водительности, но при этом ухудшается контакт между распыливаемыми компонентами и поэтому при расчетном объеме камеры сгорания уменьшается полнота сгорания топлива;
2)чрезмерное увеличение dR за счет уменьшения /ц может при
вести к ухудшению процессов подогрева, испарения и сгорания компонентов топлива;
3)при чрезмерно малом dR конструктивно трудно расположить на головке топливные форсунки нормальной производительности.
Кроме того, при малом шаге форсунок ухудшается подвод тепла
на подогрев и испарение компонентов топлива посредством обрат ных токов газа, что при данном объеме камеры сгорания уменьша ет полноту сгорания и может вызвать неустойчивость работы двига
теля;
4) замена потребного числа форсунок нормальной производи тельности на меньшее число большей производительности нецеле
сообразна, так как при этом увеличатся размеры капель распили ваемых компонентов топлива и ухудшится их полнота сгора ния;
5) увеличение производительности топливных форсунок и чрез мерное увеличение длины цилиндрической части камеры сгорания за счет уменьшения ее диаметра могут привести к неустойчивой ра боте двигателя (пульсации давления в камере сгорания).
Боковые поверхности оболочек камер сгорания различных гео
метрических форм определяют по соответствующим формулам, приведенным в справочниках по математике.