Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД)

Общее число форсунок с центральной составит

n = n1 + n2 + n3 = 1+6 + 12 + 18 +24 = 61.

Шаг между форсунками по мере удаления от центра чуть-чуть возрастает.

                                      Создание пристеночного слоя в камере.

Для обеспечения надежного охлаждения горячих стенок камеры необходимо создать вблизи стенок слой продуктов сгорания с пониженной температурой. Это достигается постановкой дополнительный струйных форсунок горючего по периферии головки. При этом в пристеночном слое создается местное соотношение компонентов меньше, чем расчетное в ядре.

Необходимо обеспечить пристеночный слой наименьшим количеством топлива, чтобы доля удельного импульса в пристеночном слое, как неоптимального, была минимальной в общем удельном импульсе камеры.

Для более равномерного распределения компонентов в пристеночном слое необходимо ставить увеличенное число форсунок. При этом пристеночный слой получается устойчивым по длине камеры и сохраняется газовая завеса с пониженной температурой по всей длине камеры.

Однокомпонентная центробежная форсунка предназначена для охлаждения паяного шва и его расход от основного горючего составит 20%. (2,8 кг/сек) Количество форсунок - 30. Плотность НДМГ=  786 .

1.              Выбираем угол распыла для форсунки горючего 2α = 40˚.

2.              Перепад давления на форсунке Г: ΔРф.гор.= 800000 Па

3.              По графику (рис.5.6., [4]) находим Аг = 1; μф.г.=0,44; φг = 0,66.

4.               Определяем площадь сопла форсунки горючего

;

dcф.г.=2,76 мм     rc=1,38 мм

5)Примем число входных отверстий i=4 .

Rвх/ rc= 2,5;   следовательно R вх= 2,5rc =3,45 мм

Находим

6) Определяем  число Рейнольдса Reвх и выбираем коэффициент трения

550186,9

-1,72

0,0192

7) Определяем эквивалентную геометрическую характеристику.

Аэ1=0,986

Геометрическая характеристика с учетом вязкости отличается от расчетной идеальной менее чем на 5%, то найденные размеры форсунки принимаем действительными.

Окончательные размеры однокомпонентной центробежной форсунки горючего для пристеночного слоя:

Расчет двухкомпонентной форсунки.

Рассчитаем сначала форсунку окислителя, находящуюся внутри форсунки окислителя.

1.              Выбираем угол распыла для форсунки горючего 2α = 100˚.

2.              Перепад давления на форсунке Г: ΔРф.гор.= 1500000 Па

3.              По графику (рис.5.6., [4]) находим Аг = 4; μф.г.=0,19; φг = 0,38.

4.               Определяем площадь сопла форсунки окислителя

;

dcф.ок.=6,98 мм     rcг=3,49 мм.

Принимая толщину стенки 0,95мм, получаем наружный радиус сопла rнг=4,44 мм

5)Примем число входных отверстий i=4 .

Rвх/ rc= 2,25;   следовательно R вх= 2,25rc =7,85 мм

Находим

) Определяем  число Рейнольдса Reвх и выбираем коэффициент трения

992161,9

-1,75

0,018

7) Определяем эквивалентную геометрическую характеристику.

Аэ1=3,83

Геометрическая характеристика с учетом вязкости отличается от расчетной идеальной менее чем на 5%, то найденные размеры форсунки принимаем действительными.

Теперь рассчитаем форсунку Горючего.

1.              Выбираем угол распыла для форсунки горючего 2α = 115˚.

2.              Перепад давления на форсунке Г: ΔРф.гор.= 800000 Па

3.              По графику (рис.5.6., [4]) находим Аг = 6; μф.г.=0,13; φг = 0,3.

4.               Определяем площадь сопла форсунки Окислителя

;

5. Проверяем условие rвг > rнок:

мм

Т.к. 4,76>4,44 , то форсунка окислителя будет работать с расчетным коэффициентом расхода.

6. Примем число входных отверстий i=4 .

Rвх/ rc= 1,85;   следовательно R вх= 1,85rc =10,52 мм

Находим

7. Определяем  число Рейнольдса Reвх и выбираем коэффициент трения

354316

-1,69

0,020

7) Определяем эквивалентную геометрическую характеристику.

Аэ1=5,75

Геометрическая характеристика с учетом вязкости отличается от расчетной идеальной менее чем на 5%, то найденные размеры форсунки принимаем действительными.

9.     Спецчасть работы - пироклапан отсечки окислителя.

Пироклапан предназначен для перекрытия линии подачи окислителя в камеру сгорания при выключении двигателя. Для срабатывания пироклапана применен пиропатрон ДП1А-3, устанавливаемый в гнездо угольника 2.

Материалы основных деталей пироклапана следующие:

                              корпус 1 и клапан 5- алюминиевый сплав  Д16;

                              поршень 3- алюминиевый сплав АК8;

                              чека 4- бронза БрАЖ-9;

                              пружина 6- сталь 1Х18Н9Т;

Работа клапана отсечки окислителя.

В открытом положении ( до начала пуска, а также в процессе его работы) клапан 5 удерживается чекой 4. При подаче напряжения на пиропатрон происходит воспламенение его заряда; силой давления продуктов сгорания на поршень 3 срезается уплотнительный буртик чеки 4, которая выходит из зацепления с клапаном 5 и заклинивается по конусной поверхности в угольнике 2. Под действием силы пружины 6 и перепада давлений клапан 5 перемещается и заклинивается в седле, выполненном в выходном штуцере корпуса 1, прекращая доступ окислителя в камеру сгорания.
 

Расчет клапана отсечки окислителя.

На подвижную часть клапана действуют следующие силы:

1.      Со стороны входа действует сила:

23589,3 Па

D- диаметр входа (выхода)

2.      Со стороны выхода давление за клапаном:

22222,1 Па

d- диаметр поршня. 

3.      В газовой полости начальное давление ргн создает:

67,3 Па

D1- диаметр газовой полости между пирозарядом и поршнем

ргн - примем равное нормальному атмосферному давлению ().

4.      Под действием этих сил, уплотнительный буртик чеки должен выдержать приложенные нагрузки. Определим усилие на его срез:

3382214,8 Па

кн- коэффициент запаса на непрорыв кн=1,2…..2

- толщина срезаемого буртика.

5.      Давление в газовой полости после сгорания заряда:

=5225104,2 Па

кп - коэффициент запаса на прорыв, кп=0,6….0,7

6.      Из уравнения состояния  , определяем массу заряда:

0,002248 кг = 2,25 гр.

Vг – объем газовой полости между пирозарядом и поршнем

z- массовая доля конденсата в ПС 

- коэффициент, учитывающий теплоотвод в стенки, окружающую среду и т.д.

9.   Расчет общей несущей способности оболочки камеры сгорания.

Несущая способность конструкции при пластичном состоянии представляет собой ее способность сопротивляться приложенным нагрузкам, с сохранением ее размеров и формы в допускаемых пределах.

Принимаются следующие допущения:

1.      Материал оболочек упруго-пластичный, одинаково работает на сжатие и растяжение.

2.      Оболочки цилиндрические, тонкие ()

3.      Связи оболочек абсолютно жесткие в радиальном направлении, их работой в продольном направлении пренебрегаем.

4.      Влияние краевого эффекта на напряженное состояние оболочек не учитывается ( бесконечно длинная оболочка).

5.      Давление газов в расчетном сечение считаются равно распределенным по периметру оболочки.

6.      Температурное поле в оболочках осесеметрично. Температура определяется как среднее значение между температурами на внутренних и наружних поверхностях оболочки.

Исходные данные:

      Толщина стенки-

      Радиус камеры – R

R= 170 мм

      Температура стенки – t

t1=500 0C

t2=100 0C

1.        Задаем Еп  в  диапозоне