Схема камеры сгорания (рис. 4)
Топливо Марка
Массовый секундный расход топлива
Весовое соотношение компонентов топлива
Охладитель КС Марка
Давление в камере сгорания
Радиус критического сечения сопла
Длина камеры сгорания
Температура газовой стенки
Примечание. Температура газовой стенки в приближенных расчетах ЖРД определяется по формуле ,
где – предельно допустимая температура материала огневой стенки камеры сгорания ЖРД, которую можно принять: для стали –
для бронзы –
Удельный конвективный тепловой поток
Удельный конвективный тепловой поток через стенку камеры сгорания проектируемого двигателя определяется по формуле
где – удельный конвективный тепловой поток через стенку внутренней оболочки КС в расчетном сечении, ;
– удельный конвективный тепловой поток образцового двигателя в том же сечении камеры сгорания, определяемый по графику (рис. 5);
– термодинамическая функция для проектируемого двигателя, определяемая с помощью графиков (рис. 6, 7, 8, 9, 10) в зависимости от весового соотношения компонентов топлива , от вида топлива и от температуры газовой стенки .
|
|
Для расчета по отдельным сечениям проектируемой камеры сгорания вычисляем константы расчетной формулы
Рис. 5. Удельный конвективный тепловой поток
образцового двигателя
Рис. 6. Значение функции S в пристеночном слое
Рис. 7. Значение функции S в пристеночном слое
Рис. 8. Значение функции S в пристеночном слое
Рис. 9. Значение функции S в пристеночном слое
Рис. 10. Значение функции S для различных компонентов топлива
при Т = 600 К в пристеночном слое
Результаты вычислений заносим в таблицу 6, заполняя первую и вторую строки:
Таблица 6
Камера | Докритическая часть сопла | Критика | Закритическая часть сопла | |||||||
2,0 | 1,8 | 1,5 | 1,2 | 1,2 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | |||
Удельный лучистый тепловой поток
В первом приближении можно считать, что удельный лучистый тепловой поток через стенку КС для различных её сечений зависит от удельного конвективного теплового потока в самой камере сгорания, . Учитывая это допущение, расчет значений по сечениям КС (начиная от форсуночной головки и до среза сопла) производится с использованием следующих зависимостей:
1) для цилиндрического участка камеры сгорания, а также для последующих сечений докритической части сопла на участке этого сопла с радиусом (см. рис. 4) определяют по формуле
|
|
;
2) для критики (минимальное сечение сопла) определяют по формуле
;
3) для закритической части сопла на участке этого сопла с радиусом сечений , не превышающим , значение определяют по формуле
;
4) для закритической части сопла на участке с радиусом сечений более , но не выше расчет осуществляют по формуле
.
Расчетные значения удельных тепловых потоков , полученных по отдельным сечениям КС, заносят в таблицу 6.
Суммарный удельный тепловой поток
Суммарный удельный тепловой поток через стенку камеры сгорания по расчетным сечениям этой камеры определяют по формуле
.
Результаты вычислений суммарного удельного теплового потока через стенку камеры сгорания по расчетным сечениям заносят в таблицу 6.
Обобщенный параметр Ф
С использованием таблицы 7 и приведенных ниже формул определяют обобщенный параметр для расчетных сечений камеры сгорания.
,
,
где – коэффициент, представляющий собой комплекс теплофизических свойств охладителя, выбираемый из таблицы 7:
Таблица 7
Охладитель | K |
Азотная кислота | 0,66 |
Керосин | 1,27 |
Тонка 250 | 0,99 |
Примечание. Для остальных охладителей принимаем K = 1,00.
Результаты вычислений заносят в таблицу 8.
Расчет величин межрубашечного зазора в расчетных сечениях КС
Величину межрубашечного зазора в расчетных сечениях камеры сгоранияопределяют по эмпирической формуле
где – радиус расчетного сечения камеры сгорания, м;
– время работы двигателя, с;
– массовый секундный расход охладителя, кг/с, равный:
– для окислителя ;
– для горючего .
Результаты расчета величины межрубашечного зазора в расчетных сечениях камеры сгорания получают в миллиметрах и заносят их в таблицу 8:
Таблица 8
Расчетные сечения камеры сгорания | ||||||||||
Параметры | Камера | Докритическая часть сопла | Критика | Закритическая часть сопла | ||||||
2,0 | 1,8 | 1,5 | 1,2 | 1,2 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | |||
1) | ||||||||||
2) |
Примечания:
1. Технологический минимум для составляет 1,5 мм.
2. По условиям жесткости конструкции камеры сгорания максимальная величина межрубашечного зазора не должна превышать 8 мм.
3. В таблице 8 приводят два значения (первое является расчетным, второе – выбираемое на основании расчетного, а также из конструктивных соображений и с учетом рекомендаций, приведенных выше).
4. С учетом графика (рис. 5) последним расчетным сечением проектируемой КС в закритической части сопла является сечение радиуса . Для последующих участков сопла с радиусом величину зазора выбирают постоянной, равной значению в сечении .
В завершение расчета межрубашечного зазора камеры сгорания строят в масштабе схему этой камеры, на которой указывают значения параметра по расчетным сечениям (пример на рис. 11).
После окончательной разработки конструкции охлаждающего тракта приступают к детальному расчету охлаждения камеры сгорания.