372Гл. 8. Расчет и проектирование распиливающих устройств ЖРД
2.Диаметры форсунок горючего и окислителя:
4-0,240 = 0,195 см = 1,95 мм\ 3,14-8
do = 1/ — = 1 Z 4‘°’;37 = 0,294 см = 2,94 мм.
у ~.п0 V 3,14-8
3.Скорости компонентов топлива на выходе из форсунок в камеру сгорания
2^Дрг |
„ |
/ 2-9,81 -5,6-104 |
=20,3 м1сек-, |
|
||
/ |
------- ■ |
= 0,75 1/ ------------------------ |
■ |
|||
1Г |
У |
970 |
• |
/ |
||
, / 2g\pn |
, |
Л 2-9,81-5,6-104 |
|
„ |
|
|
«’о = Но1/ |
--------= 0,751/ |
--------- ——-------- |
= 25,2 м{сек. |
|||
У |
Io |
I |
1500 |
|
|
|
4. Угол наклона струи окислителя к оси камеры произвольно принимаем рав |
||||||
ным 20° и определяем соответствующий угол наклона |
струи |
горючего, чтобы |
||||
получить осевое направление результирующего вектора: |
|
|
|
|||
|
Фо®о . , |
1,630-20,3 |
|
|
|
|
sin Вг = —------- |
sint>o = |
sin 20° = 0,75, |
|
|||
|
|
|
0,590-25,2 |
|
|
|
откуда Вг = 48,5°.
§ 6. Расчет однокомпонентных центробежных форсунок
Основное отличие центробежных форсунок от струйных состоит в том, что жидкость, протекающая через форсунку, обладает мо
ментом количества движения относительно оси сопла. Это обуслов
Ф!иг. 8. 11. К расчету однокомпонентной центробежной форсунки.
ливает образование воздушного вихря на оси сопла, малый коэф фициент расхода и большой угол факела распыла.
Вцентробежной тангенциальной форсунке распыливаемая
жидкость поступает со скоростью |
в полость форсунки через |
входное отверстие, имеющее радиус |
(фиг. 8. 11). Это отверстие |
расположено так, что ось его касательна к окружности радиуса R^
§ 6. Расчет однокомпонентных центробежных форсунок |
373 |
с центром, расположенным на оси сопла форсунки. Благодаря та кому входу жидкость во внутренней полости форсунки закручи вается. При этом в жидкости возникают центростремительные силы, прижимающие ее к внутренней поверхности форсунки, обра
зуя на выходе из сопла тонкую кольцевую пленку. |
С внутренней |
|
стороны этой жидкостной пленки располагается |
газовый |
вихрь |
с давлением, равным давлению окружающей среды, |
т. е. давлению |
|
газов в камере сгорания. По выходе из сопла форсунки |
жидкие |
|
частицы, на которые прекратилось действие центростремительных сил, обусловленное реакцией стенок форсунки, разлетаются по пря молинейным траекториям, образуя факел.
Живое сечение кольцевой жидкостной пленки, текущей по соплу форсунки, определяется радиусом сопла гс и радиусом газового вих
ря гв (см. фиг. 8. 11), т. е.
= = —Гв). |
(8-6) |
/ Гд \
где <р=1—I—2-1 —коэффициент заполнения жидкостью попереч-
' Гс '
ного сечения сопла форсунки.
Толщина пленки жидкости на выходе из сопла форсунки
;-=^
где dc и dB — диаметр сопла форсунки и соответственно газового вихря.
Диаметр газового вихря на выходе из сопла форсунки
dB = V1 — ?•
Относительная толщина пленки в выходном сечении сопла фор сунки
Давление жидкости в форсунке понижается, и на выходе из соп ла значение его достигает давления газового вихря.
Полный перепад давлений жидкости в форсунке Дрф расходует
ся на создание скорости во входном отверстии |
и на создание |
осевой составляющей скорости wa в сопле форсунки. |
по |
Чем больше входная скорость жидкости в форсунку |
сравнению с осевой скоростью ауа, тем больше тангенциальная ско рость жидкости wu на выходе из сопла форсунки и тем большая часть перепада Дрф тратится на создание входной скорости. Чем больше интенсивность закручивания жидкости в форсунке (чем
больше отношение тангенциальной скорости к осевой), тем меньше площадь поперечного сечения жидкостной пленки в сопле форсун
ки fx', при возрастании интенсивности закручивания гвувеличивается
374 Гл. 8. Расчет и проектирование распиливающих устройств ЖРД
Расход жидкости через форсунку согласно уравнению (8. 2) ра
вен
°Ф=/сН кг/сек,
где |i — коэффициент расхода, значение которого зависит от интен сивности закручивания жидкости в форсунке.
Значение ц тем меньше, чем больше интенсивность закручива ния, так как при этом уменьшаются площадь кольцевого сечения струи жидкости в сопле и перепад давлений в форсунке.
Теоретически доказано ', что между геометрической характери стикой форсунки А, ее коэффициентом заполнения жидкостью попе
речного сечения сопла ср, коэффициентом |
расхода |
ц и |
боковым |
||||||
углом распыла а идеальной жидкости |
(без учета |
силы |
трения) |
||||||
существуют следующие зависимости: |
|
|
|
|
|
|
|||
|
д — (1~^) У'2 |
|
_ ^вх~-Гс |
_ дзакр^с _ |
(8 |
7) |
|||
|
/F |
irlx |
Мх |
|
‘fl |
‘а1х |
|
|
|
|
Н = \f |
2-? |
=----- |
|
1 |
; |
|
(8.8) |
|
|
И |
/ |
|
|
_1_ |
|
К |
7 |
|
|
|
|
|/ |
1 |
—tp |
+ <р2 |
|
|
|
|
2 |
(1 + у 1 —<р) у <р |
|
(8.9) |
|||||
|
|
|
|
||||||
где |
/?вх —плечо закручивания |
жидкости в форсунке в мм\ |
|||||||
|
/—число входных тангенциальных отверстий фор |
||||||||
|
сунки; |
|
|
|
|
|
|
|
|
//— площадь поперечного сечения входного отверстия
форсунки;
<УВХ и ОзаКр — диаметр входного отверстия форсунки и соответ ственно диаметр закрутки струи жидкости, равный
удвоенному расстоянию от оси |
форсунки до оси |
|
ее входного тангенциального отверстия. |
|
|
При изменении геометрической характеристики от |
Л=0 до |
|
.4 = оо коэффициент расхода ц уменьшается от |
единицы |
до нуля |
Коэффициент ц и угол а обусловлены законом сохранения момента
количества движения жидких частиц относительно оси сопла. На эти параметры можно воздействовать соответствующим выбо ром соотношений между размерами сопла форсунки, ее камеры за кручивания и входных каналов.
В форсунке со шнековым завихрителем под R& следует считать расстояние от центра тяжести поперечного сечения жидкости в
1 Г. Н. Абрамович. Теория центробежной форсунки. Промышленная аэродинамика, ЦАГИ, 1944.