334 |
Гл. 7. Проектирование и расчет камер ЖРД |
|
|
|
При этом толщину внутренней огневой оболочки камеры двига |
||
теля (или ее отдельного участка) |
можно определить по формуле |
||
|
8= аьРтлп мм, |
(7.21) |
|
|
а^ы |
|
|
где |
ом — предел прочности для |
материала этой оболочки |
при |
|
средней температуре нагрева. |
|
|
Головку камеры двигателей малых и средних тяг часто выпол няют из двух плоских стальных днищ толщиной около 2,5—3 мм, на которых монтируют форсунки, и одного стального сферического'
днища радиусом гОф~07<7к, где dR — диаметр камеры сгорания. Плоские днища головки крепят к сферическому днищу при помо щи косынок (ребер). Запас прочности материала головки Пгол^Кб. При изменении давления в камере сгорания толщину днищ го ловки камеры можно принимать постоянной.
Толщину огневой оболочки камеры можно принимать одинако вой по длине, но не менее 1 —1,5 мм при связанной силовой схеме
оболочек и около 2—3 мм — при несвязанной силовой схеме. Если оболочки между собой связаны специальным силовым эле
ментом, то вес этого элемента можно учитывать некоторым фик тивным увеличением толщины огневой оболочки.
Такая толщина внутренней оболочки камеры может |
быть вы |
числена по формуле |
|
гфикт = 8 + ^8св> |
(7.22) |
где 8 и 8СВ—толщина соответственно внутренней оболочки и свя зывающего звена обеих оболочек;
|
k=2 — фиктивное |
утолщение оболочки |
для учета |
|
веса |
|
связей. |
|
|
|
|
|
Вес камеры двигателя приближенно можно определить по фор |
||||
муле |
|
|
|
|
|
|
|
GK = Соб (1 + ст), |
|
(7.23) |
|
где |
Рст — коэффициент, |
учитывающий не учтенные обычным проч |
|||
|
ностным расчетом веса распылительной головки, |
конст |
|||
|
руктивных элементов камеры сгорания и сопла, а также |
||||
|
относящихся к ним трубопроводов и арматуры. |
|
|
||
ки |
Коэффициент Рст определяется на основании данных статисти |
||||
(по данным того существующего типа двигателя, по образцу |
|||||
которого проектируется |
новый двигатель); для двигателей |
малой |
|||
и средней тяги он может составлять около 75% |
от общего |
веса |
|||
обеих оболочек камеры. |
|
относится |
к |
не |
|
|
Приведенная здесь методика определения GC6 |
||||
связанной схеме оболочек камеры двигателя. Вес оболочек связан
$ 13. Определение веса двигателя |
33S |
ной схемы приближенно можно оценить, опираясь на данные ста
тистики.
Вес отдельных элементов двигателя можно определить прибли женно по формулам:
|
^к — Тк^к’ |
^тнд — ТтнаМ-! |
| |
С7 |
ОД'Ь |
|
п = -г Р- |
G =т Р |
I |
v- |
7 |
где |
Р—номинальная тяга двигателя в кг-, |
|
с.~ |
||
|
— мощность турбины насосного агрегата в л. |
||||
|
-fTHA = Gtha/7Vt—условный удельный вес THА; |
|
|
||
|
7ГГ — Gгг/Р — условный удельный вес газогенератора; |
|
|||
|
7К—удельный вес камеры в кг/кг тяги-, |
|
|
||
|
Тдв — удельный вес двигателя |
в кг/кг тяги. |
|
|
|
|
При расчете проектируемого двигателя значения уТНА, |
Yrn |
Тк |
||
и у™ принимают на основании статистических данных.
Весьма важными характеристиками камеры и двигателя в це
лом являются их удельные веса. При увеличении абсолютной тяги,
понижении давления в камере сгорания и улучшении конструкции удельный вес двигателя уменьшается. Чем меньше удельный вес камеры и двигателя в целом, тем совершеннее двигатель в конст
руктивном отношении. При одинаковом удельном весе тот двига тель лучше, у которого при прочих равных условиях удельный расход топлива меньше.
В тех случаях, когда удельный вес не является единственно ре шающим фактором, следует выбирать конструктивно более про стые и дешевые, хотя подчас и менее эффективные элементы двига
теля. Такое решение вопроса может быть оправдано и тем, что 1 кг
конструкции двигателя почти в 100 раз дороже 1 кг используемого топлива.
Для вычисления веса камеру двигателя обычно делят на эле менты (участки): головку, цилиндрическую часть камеры сгорания, сужающуюся часть камеры сгорания (сопла) и расширяющуюся часть сопла.
В иностранной печати имеются указания на то, что при данном давлении в камере сгорания вес сопла камеры изменяется пропор
ционально изменению тяги, |
а |
вес камеры |
сгорания — пропорцио |
||
нально корню квадратному из |
тяги (фиг. |
7.22). С |
увеличением |
||
тяги до 25ч-30 т удельный |
вес камеры |
двигателя |
уменьшается, |
||
а затем возрастает в основном за счет |
увеличения |
веса головки |
|||
камеры. |
|
|
|
|
|
Примерное изменение весовых характеристик однокамерного двигателя с турбонасосным агрегатом и газогенератором в зависи мости от тяги, по тем же сведениям, показано на фиг. 7. 23.
Вес турбонасосной системы топливоподачи (насосы, турбина,
газогенератор, трубопроводы) растет почти пропорционально уве
336 |
Гл. 7. Проектирование и расчет камер ЖРД |
личению давления подачи компонентов топлива в камеру сгорания.
Поэтому в целях уменьшения веса этой системы топливоподачи перепады давлений компонентов топлива в форсунках и охлажда ющей жидкости в межоболочном пространстве камеры целесооб
разно снижать до минимально возможных пределов.
Сухой вес однокамерного двигателя А-4 (без топливных баков), развивающего у земли при рк= 15,0 ата тягу около 25 т, равен
■920 кг, а вес его камеры — 446 кг.
ГопоВна камеры
•Фиг. 7. 22. Изменение удельного веса |
Фиг. 7. 23. Изменение удель |
камеры двигателя в зависимости от |
ного веса двигателя в зави |
величины тяги. |
симости от величины тяги. |
Для грубых прикидочных расчетов |
вес отдельных элементов |
ЖРД типа А-4 можно оценивать в процентах от общего веса дви гателя СДв (без учета веса топливных баков):
1) камеры
(0,45-и 0,50) Сдв;
2) турбонасосного агрегата
СТНА «(0,15 0,17) (7ДВ;<
3) парогазогенератора
Спгг- (0,10 -4-0,15) С7ДВ;
4) вспомогательных устройств (прочих элементов) GB.y «(0,20-:-0,21) Сдв.
Следовательно, ориентируясь на эти данные и относительные коэффициенты, взятые из статистики современных ЖРД, можно
§ 14. Определение габаритных размеров двигателя |
337 |
приближенно оценить вес проектируемого двигателя и его отдель ных элементов.
Вследствие недостатка статистических данных применяемые до сих пор методы предварительного определения веса, габаритов и конструктивных параметров проектируемого двигателя, а также его отдельных элементов, включая и методы соответствующих их расчетов, пока в ряде случаев не являются оптимальными и тре буют непрерывного уточнения и совершенствования.
Уменьшение веса проектируемого двигателя заданной тяги практически возможно за счет более совершенных конструкций его отдельных элементов, получения материалов с высокой удельной прочностью, выбора для них минимально допустимого запаса проч ности и проведения других мероприятий, указанных в соответству ющих параграфах настоящей работы.
Вес нагнетательной системы топливоподачи можно снизить при
менением топливных баков облегченной конструкции |
с |
повышен |
|||||
ным давлением в них для обеспечения их устойчивости |
и |
за счет |
|||||
принятия мер для снижения веса остатков |
компонентов |
топлива |
|||||
в |
баках и коммуникациях двигателя в конце |
активного |
участка |
||||
полета. |
проектируемого двигателя может |
||||||
’ |
Значительное снижение веса |
||||||
быть достигнуто за счет выбора |
оптимальной |
тяговооруженности |
|||||
снаряда. В настоящее время существует тенденция |
к |
снижению |
|||||
тяговооруженности снаряда. Вертикально |
стартуемые |
|
снаряды |
||||
дальнего действия часто имеют начальное ускорение меньше 1,5g,
однако при определенных условиях это ускорение может быть око ло 1,2g ’. Оптимальное ускорение малых зенитных снарядов обычно лежит в пределах 3—8g.
При проектировании дальнобойных снарядов приемлемой мож но считать тяговооруженность &«^1,5 для первой ступени и 1,3 — для последних ступеней.
В процессе совершенствования ЖРД большое внимание должно быть уделено также его удешевлению и главное повышению каче
ства, надежности и точности регулирования работы отдельных агрегатов.
§ 14. Определение габаритных размеров двигателя
Габаритный размер ЖРД характеризуется его наибольшим диаметром и длиной. Предварительно определить габаритные раз меры проектируемого двигателя можно только приближенно. Наи больший габаритный диаметр двигателя зависит от тактического назначения и стартового веса снаряда Go.
Для определения габаритного диаметра двигателя можно вос
пользоваться формулами:
1 Вопросы ракетной техники, вып. 4, ИЛ, 1958. 22 371
338 Гл. 7. Проектирование и расчет камер ЖРД
1) |
для поперечной нагрузки снаряда |
|
|
||
|
с — -^- кгм2-, |
|
(7.25) |
||
|
|
ГСИ |
|
|
|
2) |
для относительной тяги двигателя |
|
|
||
|
Ь — -^- кг/кг. |
|
(7.26) |
||
|
|
Go |
|
|
|
Заменяя (7.25) Go его значением, |
взятым из (7.26), получим |
||||
для миделя снаряда |
|
|
|
|
|
|
Дсн ——= —, |
|
(7-27) |
||
|
сн |
Ъс |
4 |
|
7 |
откуда максимальный диаметр снаряда будет |
|
||||
|
О'"=/4Й- = '’127/т7- |
<7-28> |
|||
При этом максимальный |
габаритный |
диаметр двигателя для |
|||
данного снаряда выразится формулой |
|
|
|
||
|
DM = kDca, |
|
|
(7.29) |
|
где £^0,86 — коэффициент, |
учитывающий |
размеры |
шпангоутов |
||
|
и технологические зазоры хвостовой оболочки сна |
||||
|
ряда. |
|
|
|
|
Подставляя в (7.29) значение Dm из (7.28), окончательно по |
|||||
лучим |
|
|
|
|
|
|
DlB^ 0,972 j/-^. |
(7.30) |
|||
Следовательно, задаваясь на основании данных статистики зна чениями Ь и с для соответствующего типа снаряда и его тактиче ского назначения, по последней формуле можно приближенно опре делить максимальный габаритный диаметр проектируемого дви гателя для этого же снаряда.
Длина двигателя без топливных баков обычно обусловливается его типом и назначением, величиной тяги и другими факторами,
поэтому предварительная оценка ее весьма затруднена. При про ектировании снарядов предварительную длину двигателя можно определить приближенно, пользуясь статистическими данными.
§15. Способы зажигания топлива при запуске двигателя
Вмомент запуска двигателя несамовоспламеняющиеся компо
ненты топлива нуждаются в постороннем мощном источнике энер
гии для первоначального воспламенения и поддержания горения