446 Гл. 9. Проектирование и расчет систем охлаждения ЖРД
рания сферической, которая при прочих равных условиях имеет относительно меньшую поверхность нагрева.
Наибольшее количество тепла, которое можно снять с оболочки
камеры |
заданным |
количеством |
охлаждающей |
жидкости, |
опреде |
|||||||
|
|
|
|
|
ляют |
нагревом |
ее |
при |
||||
|
|
|
|
|
данном |
давлении |
до |
|||||
|
|
|
|
|
температуры |
|
|
кипения |
||||
|
|
|
|
|
4ип°С. Чем выше темпера |
|||||||
|
|
|
|
|
тура кипения и теплоем |
|||||||
|
|
|
|
|
кость охлаждающей жид |
|||||||
|
|
|
|
|
кости, тем больше тепла |
|||||||
|
|
|
|
|
может |
быть |
передано от |
|||||
|
|
|
|
|
оболочки камеры к жид |
|||||||
|
|
|
|
|
кости, |
тем |
эффективнее |
|||||
|
|
|
|
|
охлаждение. |
|
Эффектив |
|||||
|
|
|
|
|
ность |
пленочной |
защиты |
|||||
|
|
|
|
|
горючим внутренней |
обо |
||||||
|
|
|
|
|
лочки камеры от перегре |
|||||||
|
|
|
|
|
ва также зависит от тепло |
|||||||
|
|
|
|
|
ты |
испарения |
жидкости; |
|||||
|
|
|
|
|
чем |
выше |
значение |
этой |
||||
|
|
|
|
|
теплоты, тем эффективнее |
|||||||
|
|
|
|
|
защита. |
|
|
|
|
воз |
||
|
|
|
|
|
|
Для определения |
||||||
|
|
|
|
|
можности |
|
регенератив |
|||||
|
|
|
|
|
ного |
охлаждения |
двига |
|||||
|
|
|
|
|
теля одним |
или |
обоими |
|||||
|
|
|
|
|
компонентами топлива не |
|||||||
|
|
|
|
|
обходимо определить мак |
|||||||
|
|
|
|
|
симально |
|
допустимые |
|||||
Фиг. 9. 14. Примерная картина изменения по |
удельный |
Qya |
(приходя |
|||||||||
длине камеры температур газовой и жидкост |
щийся на 1 |
кг охлаждаю |
||||||||||
ной поверхностей оболочки и охлаждающей |
щей жидкости) |
и |
общий |
|||||||||
|
|
жидкости в тракте. |
|
|||||||||
С?«озм |
теплосъемы |
компонентов |
|
возможный |
|
секундный |
||||||
топлива, пользуясь |
формулами: |
|||||||||||
1) |
в |
случае охлаждения горючим |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Зуд.г = сг (^доп - Zbx) |
ккал/кг-. |
|
|
|
|
(9.49) |
|||
|
|
|
<?возМ.г = Gs г<Зуд.г ккал!сек-, |
|
|
|
|
(9.50) |
||||
2) |
в |
случае охлаждения окислителем |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
QyJ.o = Co(Z4on-ZBx) |
ккал кг- |
|
|
|
(9.51) |
||||
|
|
|
<?возм.о = ^о<2уд.о ккал1сек; |
|
|
|
|
(9.52) |
||||
3) |
в случае охлаждения обоими компонентами топлива |
|
|
|||||||||
|
|
|
Суд.г 4- Qya.o |
ккал!кг; |
|
|
|
(9.-53) |
||||
|
|
|
Фуд.т |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
1 + х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 10. Определение температур жидкости, и газовой поверхн. оболочки 447
<?воэм.т=^<?уд.т кг/сек, |
(9.54> |
|
где Сг и Со — средние |
теплоемкости соответственно горючего и |
|
окислителя в ккал^г °C; |
|
|
^доп—безопасно допустимая температура подогрева жид |
||
кости в тракте при данном давлении в °C; |
состава |
|
Z — Gs0/Gsr — действительный весовой коэффициент |
||
топлива. |
в охлаждаю |
|
Подогрев жидкости |
|
|
щем тракте камеры двигателя обычно допускается до величины
дгж=*кип-(2О + /вх).
Керосин при давлении 20—60 ата
может быть подогрет |
до 250—300° С, |
|
|
|||
поэтому его допустимый удельный теп- |
|
|
||||
лосъем при /вх=0°С может достигать |
|
|
||||
соответственно 150—185 икал!кг. |
|
|
||||
Теплоемкость |
азотной |
кислоты |
|
|
||
меньше |
теплоемкости |
керосина, по |
|
|
||
этому максимальный удельный тепло- |
|
|
||||
съем ее меньше. Но если учесть, что |
|
|
||||
секундный расход азотной кислоты в |
|
|
||||
двигателе почти в 4 раза больше рас |
Фиг. 9. 15. Примерная картина |
|||||
хода керосина, то |
общий |
максималь |
||||
ный теплосъем ее |
оказывается значи |
изменения степени подогрева |
||||
азотной кислоты в охлаждаю |
||||||
тельно больше общего теплосъема ке |
щем |
тракте двигателя при |
||||
росина. |
|
|
|
|
дк=40 ата в зависимости от |
|
На фиг. 9. 15 показаны кривые при |
тяги |
и коэффициента состава |
||||
мерного |
изменения степени подогрева |
топлива Хет V стенки оболочки |
||||
|
разной толщины. |
|||||
азотной кислоты в охлаждающем тракте камеры сгорания при рк=40 ата в зависимости от тяги и коэф
фициента состава топлива у стенки оболочки камеры уст.
§ 10. Определение температур жидкостной и газовой поверхностей оболочки камеры двигателя
Температура жидкостной поверхности оболочки камеры зави сит в основном от теплопроводности материала А, и толщины 3 обо лочки камеры, а также от условий омывания этой поверхности
охлаждающей жидкостью.
Чем интенсивнее охлаждающая жидкость будет омывать по верхность оболочки, тем лучше она будет снимать тепло, тем ниже будет температура жидкостной поверхности оболочки Ж°С.
Понижение температуры tn>ж в свою очередь повлечет за собой понижение температуры ?пг, а последнее — изменение всего тепло
вого потока от газов к оболочке. Таким образом, существует опре-
448 Гл. 9. Проектирование и расчет систем охлаждения /КРД
деленная зависимость между температурами поверхностей оболоч ки камеры и тепловым потоком.
Температура жидкостной поверхности оболочки камеры двига теля в данных сечениях может быть определена из уравнения удельного теплового потока через оболочку:
7=4 (/‘„.г- г„.ж) ккал'м2 час,
т. е.
Л |
°С> |
<9-55> |
|
|
|
где /пг — температура газовой поверхности оболочки, |
значением |
|
которой при вычислении удельных тепловых потоков от |
||
газа к оболочке в первом приближении нужно задаться |
||
по соображениям жаростойкости, прочности |
и ресурса |
|
работы двигателя; |
|
|
8 — толщина оболочки камеры в данном сечении в м; величи ной ее в первом приближении можно задаться на основа нии данных статистики;
X — средний коэффициент теплопроводности металла оболоч ки в ккал/м час °C, определяемый по графикам (фиг. 9. 16 и 9. 17) или по соответствующей формуле.
Фиг. 9. 16. Коэффициенты теплопроводности углеродистых сталей в зависимости от температуры.
При определении t„ ж по формуле (9. 55) необходимо соответ ствующим изменением величин ta.r и 8 материала добиваться, что бы оболочка была прочной и устойчивой и значение t„ ж при обыч ном щелевом тракте не превышало температуру кипения охлажда
ющей жидкости во избежание местной паровой пробки (если