Материал: Шевелюк, М. И. Теоретические основы проектирования жидкостных ракетных двигателей учебное пособие для высших учебных заведений

а для турбонасосной топливоподачи — относительно слабую зави­

симость и весьма пологий максимум в области давлений, превы­ шающих рк = 70 ата.

Резкая зависимость VEoH от рк при вытеснительной системе топливоподачи объясняется тем, что вес этой системы (топливных баков и аккумулятора давления) находится в прямой зависимости от давления в камере сгорания; в результате этого в области боль­ ших давлений, несмотря на некоторое увеличение удельной тяги, относительный вес системы топливоподачи возрастает так сильно,-

что вызывает снижение VK<,H-

Турбонасосная система подачи увеличивает относительный вес

при повышении pR в связи с увеличением веса насосного агрегата и камеры двигателя. Но так как это увеличение сравнительно неве­ лико, то и область наибольших значений УЯОн передвигается в сто­

рону больших значений рк и имеет относительно пологий характер. При повышении рк вес непосредственно камеры сгорания умень­ шается, а вес расширяющейся части сопла возрастает в связи с не­

обходимостью удлинения ее для срабатывания большого перепада

давлений газов, но при этом общий вес камеры двигателя воз­ растает незначительно.

Так как при повышении рк возрастает температура газов в ка­

мере сгорания и увеличивается теплоотдача к оболочке камеры,,

что лимитирует ее прочность, усложняет охлаждение и связано с конструктивными и технологическими трудностями, то расчет ка­ меры проектируемого двигателя целесообразно вести на рк не­ сколько меньше оптимального значения. Это замечание особенно существенно в том случае, когда применяется турбонасосная систе­ ма топливоподачи, при которой кривая зависимости VK0H от рк

имеет весьма пологий характер.

Воспользовавшись вычисленными значениями VK0H (или даль­ ности полета L) снаряда при рк.опт, можно построить графики VE0„ и L при работе на оптимальном режиме для различных схем ЖРД

в зависимости от значений Р, и Ь.

Приближенные расчеты показывают, что при вытеснительных системах топливоподачи увеличение тяговооруженности сна­

ряда b при данном значении относительного веса двигателя (7ДВ повышает оптимальное давление в камере сгорания ркопт, а при данном значении b и увеличении Сгдв давление ркопт понижается (фиг. 7.17). И также для турбонасосной системы топливоподачи

при увеличении тяги двигателя Р при данном значении b давле­

снижает рк.опт, причем тем больше, чем ниже тяга Р; чем

больше Р, тем выше ркот.

За счет применения камеры и схемы систем топливоподачи дви­ гателя с лучшими весовыми и экономическими показателями опти-

Фиг. 7. 17. Зависимость оптимального давления в камере сгорания двигателя от тяговооруженности снаряда (ле­ вые графики) и от относительного веса двигателя (пра­ вые графики) вытеснительных систем топливоподачи.

Фиг. 7. 18. Зависимость оптимального давления в камере сгорания двигателя от тяги (левые графики) и от тяго­ вооруженности снаряда (правые графики) турбонасос­ ной системы топливоподачи.

8—15% по сравнению с удельной тягой, получаемой при рк = 30 ата,

т. е. дает такой же выигрыш, который можно получить применением

«более высокоэффективного топлива.

§ ГЗ. Определение веса двигателя

Вес ЖРД зависит от его типа и конструкции, давлений в каме­ ре сгорания и в выходном сечении сопла, величины абсолютной тяги, выбранной схемы системы топливоподачи и многих других факторов.

С повышением давления рк в камере сгорания вес двигателя за­ данной номинальной тяги увеличивается. Это увеличение

больше при вытеснительной системе топливоподачи и небольшое— при турбонасосной; при этом вес камеры GK уменьшается, а вес системы топливоподачи Gcn увеличивается (фиг. 7.19), так как последнюю приходится выполнить более прочной в связи с подачей

компонентов топлива к местам их потребления под более высоким давлением.

Уменьшение GH с повышением рй объясняется уменьшением ее оптимального объема и, следовательно, габаритных размеров бла­

годаря уменьшению секундного рас­ хода топлива в камеру заданной тя­

сгорания за счет уменьшения ее га­ баритов оказывается более значительным, и поэтому общий вес ка­

меры сгорания с повышением рк уменьшается.

Повышение тяги двигателя при заданном рк сопровождается увеличением размеров и веса камеры сгорания и сопла (фиг. 7. 20), что объясняется соответствующим увеличением при этом секунд­ ного расхода топлива в камеру и, следовательно, ее габаритных размеров и толщины стенок. Расчеты показывают, что увеличение GM происходит несколько медленнее роста тяги.

Следует иметь в виду, что не все узлы камеры и системы топли­ воподачи двигателя допускают пропорциональное изменение раз­ меров с изменением рк или тяги. В частности, для камеры сгорания это связано с необходимым временем осуществления рабочего процесса в ней, механическими ограничениями и условиями эксплуатации двигателя.

1)веса силовых элементов, обусловленных силовой и терми­

ческой нагрузками и определяемых расчетами;

2)веса конструктивных элементов, налагаемых на силовые элементы конструкцией камеры с целью придания ей жесткости, расположения узлов крепления и т. п.

Вес силовых элементов внутренней и наружной оболочек каме­ ры сгорания и сопла двигателя или их отдельных частей можно определить приближенно по формуле

Внутренняя и наружная оболочки камеры сгорания и сопла в момент запуска двигателя находятся под переменным по длине давлением охлаждающей жидкости.

Толщина наружной оболочки (рубашки) данного участка каме­ ры двигателя определится по формуле

где dp — средний диаметр данного участка наружной оболочки камеры;

рж—среднее давление жидкости в охлаждающем тракте это­

го участка; Пр — запас прочности материала рубашки камеры;

а — коэффициент, зависящий от формы оболочки; при расче­

ствием разности давлений охлаждающей жидкости в тракте и га­ зов внутри камеры, т. е.