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

и скоростей, что в значительной мере влияет на теплообмен между газом и оболочкой камеры и, следовательно, на температуру t„.r.

Головка камеры в основном определяет распределение каждого

из компонентов топлива по сечению камеры сгорания, тонкость дробления их и смешение, а также возможность осуществления

конвективных обратных токов газа, переносящих тепло от горящего факела на подогрев и испарение горючей смеси.

Равномерное распределение компонентов топлива по поперечно­ му сечению камеры сгорания при равномерном расположении боль­

нию полноты сгорания топлива.

Неудачная конструкция распылительной головки камеры может вызвать сгорание компонентов топлива на поверхности оболочки,

и ее перегрев. Малое число форсунок на головке, а также неравно­ мерное размещение их по ее площади создают неравномерное рас­ пределение компонентов топлива по поперечному сечению камеры сгорания и плохое использование вследствие этого объема камеры.

Это приводит к неполноте сгорания топлива и в некоторых случаях

к пульсационному режиму работы двигателя, при котором возмо­ жен повышенный теплообмен между газом и оболочкой камеры и, как правило, прогар последней.

Прогары в отдельных местах камеры сгорания и сопла двига­ теля почти всегда связаны со схемой расположения форсунок на головке камеры. Прогары в сопле обычно бывают по образующим, лежащим против мест, где окислительные форсунки на головке

подходят наиболее близко к стенке. О большом влиянии конструк­ ции головки камеры на теплообмен в ЖРД свидетельствуют также результаты специальных опытов. Сопоставление имеющихся дан­ ных по влиянию организации рабочего процесса в камере сгорания на теплообмен позволяет считать, что основной причиной прогаров сопла двигателя является непостоянство соотношения компонентов

топлива по сечению камеры,—вдоль различных образующих сопла течет газ различного состава и разной температуры.

Удачная конструкция распылительной головки камеры позволя­ ет не только повысить полноту сгорания топлива и тем увеличить

удельную тягу двигателя, но и снизить теплоотдачу от газов к обо­ лочке, несмотря на относительное повышение при этом темпера­ туры продуктов сгорания.

Для снижения расхода окислителя на стенки камеры двигателя могут применяться:

1)форсунки со смещенной осью сопла (по отношению к оси камеры закручивания); изменение эксцентриситета позволяет в до­ статочно широких пределах менять распределение расхода жидко­ сти;

2)форсунки обычного типа при односторонней фаске на выход­ ной части сопла, а также при однозаходном шнеке;

27*

такой малой тяги можно охладить только водой. Объясняется это тем, что повышение тяги Р двигателя только за счет увеличения се­ кундного расхода топлива Gs вызывает увеличение объема камеры сгорания 1/к прямо пропорционально расходу G.,, т. е.

а поверхность оболочки камеры сгорания при этом возрастает от­ носительно медленнее.

Следовательно, на каждый квадратный метр поверхности обо­ лочки большой камеры сгорания приходится относительно больше охлаждающей жидкости, чем малой камеры, в силу чего легче ее охладить.

При прочих равных условиях поверхность нагрева сферической

камеры сгорания меньше, чем цилиндрической, и поэтому ее легче охладить компонентами топлива.

Приведенным кратким обзором не исчерпывается анализ факто­ ров, влияющих на теплообмен ЖРД. Рассмотренные нами основные факторы указывают на чрезвычайную сложность этого процесса и

невозможность точного аналитического учета их при расчете ох­ лаждения камеры двигателя.

На основании изложенного можно сделать заключение, что ос­ новными мероприятиями, осуществлением которых можно допу­ стить более высокую температуру газов в камере сгорания tK без увеличения температуры газовой поверхности оболочки /пг выше

безопасно допустимого для нее предела или при заданной tK пони­ зить температуру /пг и тем облегчить охлаждение камеры, являют­

ся следующие.

1.Уменьшение до допустимого предела прочности толщины огневой оболочки 3 путем выполнения ее в виде связанной схемы или отдельных трубок, деформированных в прямоугольное сечение.

При удачном конструктивном решении этого вопроса можно также значительно уменьшить вес камеры двигателя.

Сточки зрения необходимой прочности огневую оболочку каме­ ры целесообразно выполнить в виде отдельных оболочек разной толщины.

2.Применение материала для огневой оболочки с большим

коэффициентом теплопроводности А, что с учетом факторов, отме­ ченных в предыдущем пункте, уменьшит термическое сопротивле­

ние /?сб=£/А и теплопроводность оболочки И согласно следующему соотношению:

/71_=22_2±

(9.12)