Проектировочный расчет системы охлаждения камеры сгорания

Эффективность системы охлаждения камер ЖРД во многом определяет надежность и экономичность двигателя. Создание надежной системы охлаждения является сложной задачей. Так как температура сгорания значительно превышает температуру плавления материалов, системы охлаждения выполняются комбинированными, состоящими из наружного (проточного) и внутреннего (завесного) охлаждения.

9.1. Определение распределения плотности теплового потока и подогревов охладителя по длине камеры ЖРД

Тепло, передаваемое охладителю, как правило – горючему, несущественно влияет на удельный импульс тяги, т.к. оно почти полностью возвращается в камеру. Подогрев охладителя существенно влияет на величину плотности теплового потока. Поэтому для уменьшения подогрева охладителя в камере сгорания применяется ряд конструктивных мер.

1. Так как примерно 2/3 подогрева охладителя имеет место в расширяющейся части сопла, то его внутренняя оболочка выполняется из материала с низким значением коэффициента теплопроводности – ВТ-1, а распределительный коллектор охладителя устанавливается вблизи среза сопла.

2. Из-за больших значений тепловых потоков огневая оболочка цилиндрической и сужающейся частей камеры выполняется из сплава БрХ-08, а для уменьшения подогрева охладителя их внутренняя поверхность покрывается напылением двуокиси циркония Zr₂O толщиной 0,3 мм.

3. Внутреннее охлаждение осуществляется при помощи поясов завес.

1) Тепловой поток, передаваемый охладителю

– в расширяющейся части сопла

– в сужающейся части сопла

– в цилиндрической части камеры ЖРД

2) Суммарный тепловой поток, сообщаемый охладителю

=110325

где – удельная массовая теплоемкость горючего (водорода).

3) Принимая значение подогрева охладителя определяем плотность теплового потока в критическом сечении сопла

4) Плотность теплового потока

– в цилиндрической части камеры и на срезе сопла

5)Распределение плотности теплового потока по длине камеры ЖРД

	Цилиндри ческая	Сужающаяся	Критическая	расширяющаяся
r	0,165	0,154	0,144	0,134	0,124	0,114	0,139	0,164	0,189	0,214	0,239	0,264	0,289	1,142
	7,020	7,784	8,608	9,589	10,771	12,216	8,221	5,907	4,449	3,471	2,783	2,281	1,903	0,122

6) Подогрев охладителя

– в расширяющейся части сопла

– в сужающейся части сопла

– в цилиндрической части камеры ЖРД

9.2 Определение параметров оребрения в критическом сечении сопла

Принимаем:

– толщина огневой стенки из хромистой бронзы ;

– толщина гофра ;

– расстояние между гофрами (по оси) .

7) Число каналов тракта охлаждения в критическом сечении

Принимаем n_Х=241 каналов охлаждения

Высота ребер в критическом сечении сопла

где принимаем

Условие выполняется.

9.3 Определение температуры огневой стенки со стороны охладителя

8) Температура огневой стенки со стороны охладителя

для хромистой бронзы:

Коэффициент теплопроводности стенки

9) Проверка условия эффективности охлаждения

Для уменьшения подогрева охладителя внутренняя поверхность стенки покрывается напылением двуокиси циркония Zr₂O толщиной 0,3 мм.

10) Расчет поясов завес

Число отверстий z в поясах завес и массовый секундный расход через них при t=40*10^-3м

Принимаем z=26 отверстий

Диаметр отверстий поясов завес

где – коэффициент расхода.

Проектировочный прочностной расчет узлов камеры

Цель расчета состоит в определении толщин основных элементов камеры:

– наружной оболочки цилиндрической части камеры

– днищ форсуночной головки

Исходными данными являются геометрические размеры проточной части камеры и параметры газового потока.

Допущения: все расчеты выполняются без учета краевого эффекта, а рассчитываемые элементы работают в области упругих деформаций.

Определение толщины наружной оболочки цилиндрической части камеры.

Коэффициент запаса прочности

Предел прочности материала наружной стенки

(Х16Н4БА)

Погонная нагрузка в меридиональном направлении

Погонная нагрузка в окружном направлении

Предел текучести внутренней стенки

(12X18H10T)

Толщина наружной оболочки

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: