- •1.1.Принцип создания реактивной силы
- •1.3. Тяга ракетного двигателя
- •2. Формула Циолковского и её практическое применение
- •2.3. Формула Циолковского
- •3. Рабочий процесс в химических ракетных двигателях
- •3.2. Реакции химически активных газов
- •3.5. Оценка эффективности процессов в химических ракетных двигателях
- •4. Характеристики ракетного двигателя
- •4.2. Высотная характеристика
- •4.3. Режимы работы сопла
- •5.2. Классификация и схемы жрд Одна из возможных классификаций жрд (по способу получения рабочего тела для турбины тна) представлена на рис.20. Рис.20
- •5.5. Перспективные жрт
- •6. Основные конструктивные элементы камер жрд. Топливные баки
- •6.4. Выбор материала для камеры жрд
- •6.5. Формы камер жрд
- •Формы камер сгорания:
- •6.6. Головки камер жрд и их конструкция
- •6.8. Потери в соплах ракетных двигателей
- •6.9. Схемы сопел жрд
- •6.10. Кольцевые сопла
- •6.12.Типы топливных форсунок
- •7. Система охлаждения камер жрд
- •7.5. Внутреннее охлаждение
- •8. Система подачи компонентов топлива
- •8.2. Компоновочные схемы тна
- •8.4. Крыльчатки насосов
- •8.5. Уплотнения крыльчаток
- •8.8. Кавитация
- •8.9. Предвключенные насосы
- •8.11. Турбина тна
- •8.12. Классификация турбин
- •9. Системы управления жрд
- •9.1. Система запуска жрд
- •9.2. Влияние условий запуска двигателя
- •9.4. Остановка двигателя
- •2. Формула Циолковского и её практическое применение 10
Формы камер сгорания:
а—цилиндрическая; б—полугепловое сопло; в—шарообразная; г— коническая; д, е—кольцевые
К основным недостаткам цилиндрической камеры сгорания, по сравнению с камерами других форм, относятся:
при одинаковом объеме она имеет большую поверхность оболочки, что усложняет ее охлаждение;
при прочих равных условиях она имеет худшую прочностную характеристику, что увеличивает ее удельный вес и стоимость;
газовый поток в этой камере сгорания больше обжимается поверхностью оболочки, чем в шарообразной камере сгорания, что несколько гасит его турбулентность и утоняет ламинарный слой газа около поверхности оболочки, снижая полноту сгорания топлива и, следовательно, удельный импульс и увеличивая теплоотдачу от газов к оболочке;
меньшая устойчивость работы в отношении высокочастотных колебаний, что ограничивает ее расходонапряженность, а также сужает пределы регулирования тяги изменением расхода топлива.
Цилиндрические камеры сгорания выполняются со съемными или приварными головками. Эти камеры обычно стоят на двигателях малых и средних тяг однократного и многократного применения, где в первую очередь требуются простота и дешевизна конструкции. В последнее время наиболее часто применяются камеры сгорания цилиндрической формы с плоской головкой и од-нокомпонентными центробежными форсунками. Примером ЖРД с цилиндрической камерой сгорания могут служить двигатели ОРМ-65и РД-107, рис.32 Шарообразные и близкие к ним грушевидные камеры сгорания посравнению с камерами сгорания других форм имеют следующие основные достоинства:
1) при заданном объеме они имеют относительно меньшую поверхность оболочки, что уменьшает удельный вес камеры сгорания и облегчает ее охлаждение;
Двигатели с цилиндрической камерой сгорания: а-ОРМ-65 (1936 г.); б—РД-107 (1954—1957 гг.); 1 - внутренняя оболочка камеры; 2 - корпус; 3 - вкладыш; 4 - штуцер подачи окислителя; 5—форсунка окислителя; 6—головка; 7—форсунка горючего, 8—нить накаливания: 9— воспламеняющий состав; 10 — зажигательная шашка
при заданном давлении в камере сгорания они имеют меньшую толщину оболочки, что уменьшает удельный вес камеры сгорания;
оболочка этих камер сгорания обладает большей устойчивостью против вдавливания внутрь под воздействием на нее статического давления охлаждающей жидкости;
процесс сгорания топлива в них протекает более полно благодаря сравнительно хорошей турбулизации газового потока, что повышает удельный импульс двигателя на 2—3%;
при прочих равных условиях в этих камерах меньше теплоотдача от газов к оболочке камеры вследствие наличия около ее поверхности более толстого ламинарного слоя, ухудшающего теплоотдачу к оболочке от газов и
облегчающего этим охлаждение камеры сгорания (газовый поток сравнительно меньше обжимается поверхностью оболочки).
К основным недостаткам шарообразных камер сгорания относятся:
сложность конструкции и технологии изготовления, что увеличивает ее стоимость;
сравнительно больший диаметр камеры сгорания, что может потребовать увеличения миделя ракеты.
Шарообразные камеры сгорания обычно имеют приварную шарообразную головку. Эту форму камеры сгорания имеют двигатели большой тяги со значительной продолжительностью работы, когда объем камеры сгорания настолько велик, что становится целесообразным предкамерный распыл компонентов, а также когда выгоды от уменьшения ее веса и повышения экономичности работы за счет формы преобладают над увеличением стоимости ее изготовления.
Примером ЖРД с шарообразными камерами сгорания может служить немецкий спирто-кислородный двигатель А-4, рис.33.
У конических камер сгорания по существу вся камера является входной частью сопла. Они имеют пониженные значения Iуд по сравнению с другими типами камер и вследствие этого не применяются, представляя только исторический интерес.
Основной причиной снижения Iуд являются большие скорости продуктов сгорания в камере. Вследствие этого превращение тепловой энергии в работу расширения является менее полным, т.е. имеют место большие потери на тепловое сопротивление. Кроме того, в конических камерах зона распыливания и испарения занимает значительную часть её полного объёма; зона сгорания при этом уменьшается, что приводит к худшему сгоранию или требует увеличения полного объёма камеры.
Применение кольцевых камер сгорания в ЖРД определено использованием сопел с центральным телом. Различают цилиндрические и торовые кольцевые камеры сгорания.
Кольцевые камеры круглого сечения (торовые) целесообразно применять при разгоне газа в сопле с центральным телом до больших чисел М.
По сравнению с другими типами кольцевые камеры сгорания имеют ряд недостатков. Поверхность их значительно больше, что приводит к увеличению веса и затрудняет охлаждение камеры, особенно, «юбки» сопла. Кольцевая камера сгорания сложна в изготовлении, а для обеспечения её жесткости необходимы либо специальные наружные рёбра жесткости, либо охлаждаемые стойки, связывающие наружный контур камеры с внутренним.
Достоинствами кольцевой камеры сгорания являются: возможность регулирования модуля и направления вектора тяги, а также уменьшение вероятности возникновения вибрационного горения при разбивке камеры по окружности на ряд отдельных секций;пониженные продольные геометрические размеры, по сравнению с другими типами камер;
возможность установки в полости центрального тела ТНА или других агрегатов.
Рис.33
Камера двигателя ракеты А-4: 1—верхняя полость; 2— главный клапан горючего; 3— нижняя полость горючего 4—форкамера; 5—"упор для передачи силы тяги на раму: 6—патрубок подвода горючего 7— тор; S—нижний пояс внутреннего охлаждения, 9—внутренняя оболочка камеры; 10— внешняя оболочка камеры;
56
11, 12 - пояса внутреннего охлаждения: и—дополнительный пояс внутреннего охлаждения; 14—
верхний пояс внутреннего охлаждения