|
КАТЕГОРИИ: Археология
ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Техника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления
|
⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒
4.1. Определение коэффициентов потерь При расчете параметров камеры потери учитываются с помощью системы импульсных коэффициентов. 1) Опыт показывает, что значения для современных ЖРД ограниченны в пределах (0,95…0,99) Примем значения =0,96 , так как нижний предел свойствен для двигателей небольших тяг. 2) Коэффициент определяет потери в сопловом блоке, которые включают потери на трение и потери на рассеивания вектора скорости потока в выходном сечении сопла. Для расчета коэффициентов потерь воспользуемся соотношениями: где ; (90 — )- угол расширяющей части сопла на его срезе, для современных ЖРД назначается в пределах
3) Общее значение потерь в камере двигателя определяем коэффициентом который учитывает потери в целом в камере и сопловом блоке.
4.2. Расчет действительных значений параметров камеры двигателя Исходные данные для расчета: Тяга двигателя . Атмосферное давление = ( Прототип — (БР) — баллистическая ракета. Давление в камере- Коэффициент потерь в камере сгорания — =0,97 Коэффициент потерь в сопловом блоке — 1) Удельный импульс тяги: 2) Расход топлива через камеру двигателя:
3) Диаметр и площадь выходного сечения сопла: 4) Диаметр и площадь критического сечения сопла:
4.3. Расчет площади и диаметра смесительной головки камеры
Геометрические параметры смесительной головки: а) минимально возможное значение относительной площади поперечного сечения камеры Значение лежит в допустимом диапазоне изменения указанной величины, б) относительная расход-напряженность смесительной головки с/м
в) площадь и диаметр камеры г) длина смесительной головки м.
4.4. Определение объема камеры сгорания двигателя
а) Выбор значения приведенной длины камеры — . Прототипом проектируемого двигателя является ЖРД без дожигания, поэтому приведенная длина камеры =0,5 м. б) Объем камеры сгорания . в) время пребывания топлива в камере Значение лежит в допустимом диапазоне изменения указанной величины, Профилирование сопла
5.1. Профилирование сужающей части сопла Форма сужающейся части сопла практически не влияет на удельный импульс тяги, но в то же время от геометрии сопла зависит подогрев охладителя, т.к. плотность теплового потока от газа к огневой стенке обратно пропорциональна радиусу проточной части. Согласно методике построения газодинамического профиля сопла, радиус округлений в зоне критического сечения со стороны сужающейся части равен 1,5r* , то есть существенно меньше, чем в случае выполнения указанной зоны сопла параболической формы. Параболическая форма сужающей части сопла не влияет на потери в месте сопряжения с расширяющейся частью сопла, т. к. обтекание тупого угла сверхзвуковым потоком протекает без завихрения (являются безотрывным). В курсовом проекте примем метод профилирования сопла параболической формой. Уравнение параболы для сужающейся части примем: Исходными данными для нахождения и являются: — радиус критического сечения сопла- м. — радиус цилиндрической части камеры- м. Угол касательной в месте соединения параболы с расширяющейся частью сопла принимается в пределах , а с цилиндрической частью камеры . С ростом значений углов и протяженность сужающейся части при заданных значениях и увеличивается, а энергетические потери падают. Примем , а тогда , следовательно . Составим уравнение: прологарифмируем: получаем: nc=3,133.
Найдем : Уравнение параболы сужающейся части Длину сужающейся части сопла определим из уравнения параболы (от точки пересечения параболы с осью камеры — точка «0», рис. 5.1, см. Приложение) Длина сужающейся части сопла может варьироваться изменением углов и . Для построения параболы (профиля сопла) зададим несколько значений радиусов в диапазоне от и и определим по формуле . Результаты расчетов сведем в Таблицу №5.1. Таблица №5.1.
По полученным расчетам произведем построение и профилирование сужающей части сопла ( Рис. Рис. 5.1. Построение профиля сужающейся части сопла.
5.2. Протяженность цилиндрической части камеры сгорания Длина цилиндрической части камеры рассчитаем на базе геометрических предпосылок и соотношений. Объем сужающейся части сопла приравниваем объему эквивалентного усеченного конуса с диаметрами оснований и . Объем цилиндрической части камеры сгорания: протяженность цилиндрической части камеры сгорания:
5.3. Профилирование расширяющейся части сопла Форма расширяющейся части сопла определяет вес сопла, величину подогрева охладителя, потери и плотность теплового потока в критическом сечении. В настоящее время расширяющаяся часть сопла профилируется методом характеристик; при этом получаемая форма сопла близка к параболической. В современных двигателях расширяющаяся часть сопла выполняется с угловым входом. Этим достигается уменьшение длины и массы сопла, снижения подогрева охладителя, что обеспечивает падение плотности теплового потока в критическом сечении и улучшает условия охлаждения. Исходные данные: — радиус критического сечения сопла- м. — радиус среза сопла — м. — угол касательной в критическом сечении , примем что . -угол касательной на срезе сопла , примем что . С ростом значений углов и при неизменных радиусах критического сечения и среза сопла наблюдается снижение энергетических потерь в двигателе с одновременным увеличением протяженности расширяющейся части сопла. Уравнение параболы расширяющейся части сопла Получим значения углов по касательной: , . Составим уравнение: прологарифмируем: получаем: nр=1,961.
Найдем : Длину расширяющейся части сопла определим из уравнения параболы Для построения параболы (профиля сопла) зададим несколько значений радиусов в диапазоне от и и определим по формуле . Результаты расчетов сведем в Таблицу №5.2.
Таблица № 5.2.
Результаты проектирования расширяющейся части сопла показали, что ее протяженность входит в рамки разумных пределов. По полученным расчетам произведем построение профиля расширяющейся части сопла ( Рис. 5.2.). Рис. 5.2. Построение профиля расширяющейся части сопла.
5.4. Построение газодинамического профиля камеры ЖРД На изображения газодинамического профиля указываются конкретные размеры, полученные в результате расчетов. ( Рис. 5.3.). рис 5.3. Газодинамический профиль камеры.
⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒ Читайте также: Техника нижней прямой подачи мяча Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса Стандарт Порядок надевания противочумного костюма Общеразвивающие упражнения без предметов |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-17; просмотров: 346; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!
infopedia.
|
Поэтому подогрев охладителя при параболической форме сопла будет меньше, чем в случае проектирования профиля сопла методом дуг и окружностей.
5.1.).
su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь — 38.242.236.216 (0.007 с.) Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (ДЗ Расчет элементов газогидравлического стенда) — DJVU, страница 66
Файл «Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г.» внутри архива находится в папке «Литература». DJVU-файл из архива «ДЗ «Расчет элементов газогидравлического стенда»»,
который расположен в категории «».
Всё это находится в предмете «испытания и диагностика жрд» из раздела «», которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. .
121) — зона сгорания. В этой зоне и протекает сам процесс сгорания. В конце третьей зоны в газовой смеси продуктов сгорания устанавливается термодннамическое равновесие.
Участок (3 — 4) уже относится к соплу двигателя. В первой части этой зоны (до сечения т — т) скорость химических реакций еще мала, поэтому выгоранве топлива определяется их Схема протекания процесса сгорания По протеканию процесса сгорания камеру сгорания ЖРД можно раэбипь на три зоны по длине ее (фиг.
121). Первая зона (Π— 1) — зона распыливания компонентов топлива. Она расположена в непосредственной близости к форсункам. Длина этой зоны определяется конструкцией головки камеры сгорания н типом форсунок (см. $49). Для простых струйных форсунок эта зона имеет большую длину, чем для центробежных форсунок. Вторая зона (1 — 2) — зона подогрева, испарения и смешения топлива.
В ней происходит подогрев, иопарение и сме- 1 шеиие компонентов топлива, частично начинается сгора- 1 ! ние. Тепло, необходимое для О 1 2 3 подогрева и испарения топ- лива в первой и второй зо- на скоростью. Эта часть зоны называется областью кинетического горения. Рост температуры приводит к резкому возрастанию скорости химических реакций, причем начиная с некоторого значения температуры все то топливо, которое оказалось смешанным, сгорает практически мгновенно, Здесь уже скорость горения зависит от скорости смешения компонентов, которая определяется скоростью турбулентной диффузии.
Поэтому эта часть зоны называется областью диффузионного горения. В ЖРД.процесс горения протекает преимущественно в диффузионной области, так что время, необходимое для полного сгорания топлива, определяется в основном скоростью смешения компонентов. Совершенство камеры сгорания определяется коэффициентом камеры ~Р„, оценивающим физическую неполноту сгорания. Основными факторами, влияющими на ‘полноту сгорания, являются: во-первых, качество раопыла и смесеобразования топлива.
Оно определяется типом и расположением форсунок в головке камеры, а также формой головки и камеры сгорания. Чем хуже:распыл и смесеобразование топлива, тем больше необходимо времени для полного протекания химической реакции, т. е. для полного сгорания; во-вторых, время, которое может быть отведено для протекания химических реакций сгорания. Оно определяется скоростью газа в камере сгорания, используемым для процессов сгорания объемом камеры сгорания, а также давлением и температурой.
Известное влияние на полноту сгорания оказывают также физико-химические свойства топлива.
й 46. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ЖРД В настоящее время нет способа расчета объема камеры сгорания, учитывающего действвгельно происходящие в ней физические и химические явления, поэтому объем камеры сгорания определяют по следующим критериям: 1) времени пребывания топлива в камере сгорания; 2) приведенной длине камеры сгорания; 3) теплонапряженности объема камеры сгорания; 4) литровой тяге двигателя. Рассмотрим расчет камеры сгорания по каждому из этих критериев. Определение объема камеры сгорания по времени пребывания топлива в камере В 5 45 было показано, что основным фактором, влияющим на полноту сгорания топлива при данном смесеобразовании, является время его пребывания в камере сгорания. Поэтому и расчет объема камеры сгорания наиболее правильно производить, используя эту величину.
Истинное время пребывания топлива и его продуктов сгорания в камере можно вычислить по следующему соотношению. 351 сек., оеср где 6 — расход топлива в кг/еек; о„ вЂ” некоторый средний удельный объем продуктов в камере сгораниями в м’/кг.
Очевидно, что Оп„есть объем газа, образующегося в камере сгорания в единицу времени $’„,.
Средний удельный объем о„ больше, чем удельный объем жидкого топлива, и меньше, чем удельный объем продуктов сгорания оь Так как точное определение среднего удельного объема о„в настоящее время невозможно, то при расчетах камер сгорания истинное время пребывания т’ заменяется условной величиной -., которая рассчитывается по формуле (НП1. 2), если в ней средний удельный объем и заменить величиной удельного объема продуктов сгоранияя о,, который определяется из теплового расчета двигателя, Так как величина пз) е.„то рассчитанное таким образом т будет меньше истинного времени пребывания топлива н продуктов сгорания в камере. Однако величина т и истинное время пребывания находятся между собой в определенном соотношении.
Поэтому величина т и используется для расчета объема камеры сгорания. Найдем выражение для времени пребывания х, заменяя величи.ну о„через пь Применяя уравнение состояния к образующемуся в камере сгорания газу, получим рзН,„= аВ,Т„ (НП1.
3) (Н11!. 2) откуда рг (Н1!1. 4) где Рх в кгмркг’С и Т, в ‘абс.— газоваЯ постоЯннаЯ и темпеРатУРа продуктов сгорания в камере, которые находятся из теплового расчета; рт — давление в камере сгорания в кг(мз. Подставляя значение бо, из уравнения (НП!.
4) в уравнение (НП1. 2), получаем Ук ар.,т,р» (Н11!. 5) откуда тыртТ, рз (Н!П. 6) 352 Известно, что комплекс параметров «» р для данного топлива ‘ является величиной постоянной. Следовательно, для данного ЖРЛ с неизменным !я, величина р’ также практически постоянна. о Рассматривая выражение (ЧП1. 5) и пренебрегая нееначитель. ным изменением от давления произведения гсзТз, мы видим, что для данного топлива и двигателя данной конструкции время пребывания т не зависит от расхода топлива 6, так как при постоянном критическом сечении давление в камере рз пропорционально секундно- 6 му расходу и отнотпенне — остается постоянным. В таком случае ч Рз зависит только от рода применяемого топлива. Для различных топлив необходи~мое » имеет различное значение и должно определяться экспериментально.
Для расчетов можно задаваться величиной с =0,003 — 0,005 сек. Определение объема камеры сгорания по приведенной длине камеры Прмаеденной длиной камере( сгорания называется величина (ЧШ. 7) Укр где )ио — площадь критического сечения камеры сгорания в мз. Из формулы (ЧП1. 7) )г — Р .~ мз (ЧП1. 8) или в литрах К~ — — 10з Д, („л. (ЧП1. 9) Значения 1„для ЖРД различны в зависимости от применяемого топлива и колеблются в пределах от 1! 00 до 4000 мм.
В табл. 28 даны величины приведенной длины камеры сгорания для некоторых двигателей. Топливо Наименование двигателя Гир в мм Жидкий кислород+спирт (иесамовоспламеняющееся) Азотная кислота+тонка-250 (самовоспламеняющееся) Меланж М-1О (93м НХОз+10то Н,ЗОл)+оптолин 341 То же Газообразный кислород лметиловый спирт (иесамовоспламеияющееся) .Шметтерлинг’ ,Вассерфаль 2540 ,Тайфун» „Шлолддинг» 935 2320 23 Г.
Б. сииврев и м. В. Лозровоиьския Таблица 28 Величины приведенной длины 1„р камер сгорания некоторых жидкостных ракетных двигателей Значение )„и берется из термодинамического расчета.
Нетрудно показать, что приведенная длина 1 и время пребывания — являются пропорциональными друг другу параметрами. Действительно, известно, что (см.
в 37) (ЧШ. 10) откуда ~лт ~йлк (Ч1П. 11) Подставляя зто значение рз в выражение (Ч1П. 5), получаем Кк Бл т ~ивк (ЧП1. 12) ,т, у„, или, так как 1′ к ил~ то Б„у’ йв кк Т (ЧШ. 13) Для данного топлива практически можно считать, что к~ О~к» =сопя . Ктк Таким образом, мы видим, что т и ~„являются пропорциональными величинами. Расчет объема камеры сгорания ЖРД иногда проводят также по теплонапряженностн и по литровой тяге ЖРД. Определение объема камеры сгорания по теплонапряженности 354 Согласно определению, данному в з 45, теплонапряжениость определяется выражением у = «к’» ккал)л сск, ОГ~д,„ к’ к где 6 — секундный расход топлива в кг/сек; Π— теплотворная способность топлива в ккал/кг; л1„— коэффициент полноты сгорания; )г,— объем камеры сгорания ЖРД в л. При предварительных расчетах можно считать равным т1-„=1. Величина теплонапряженности 0 для выполненных ЖРД имеет значение порядка 5ОΠ— 47ОО ккал/л сек (см.
табл. 33). Задаваясь 0 и считая ть,=1, объем камеры определяют по формуле Ъ;= » л. (ЧП!. 16) Определение объема камеры сгорания по литровой тяге Литровая тяга Р, — это тяга ЖРД в килограммах, отнесенная к одному литру объема камеры сгорания Р Р = — кг/л, л (Ч!!1. 17) где Р— общая тяга двигателя в кг.
Отсюда Р (г„= — л. Р» (Ч1Д.18) Величина Р. для выполненных ЖРД изменяется в пределах Р,= 60 — 800 кг/л. Величины тепловой напряженности и литровой тяги связаны между собой. Вьгразим удельную тягу двигателя через теплотворную способность топлпва по формулам (1Ч. 20), (1. 12) и (Ч1П. 16).
Тогда 2 к и Таким образом, литровая тяга пропорциональна величине— Ун„ и для данного двигателя соотношение между ними остается неизменным. Анализируя рассмотренные выше четыре критерия для опреде; лення объема камеры сгорания, можно сделать следующие выводы. Ни одичав из критериев не отражает влияния формы камеры сгорания на У„ хотя такое влияние, конечно, имеется.
Кроме того, при расчете объема камеры сгорания по критериям не учитывается характер протекания процессов сгорания, зависящий от ряда конструктивных и физико-химических факторов.
В этом недостаток всех вышеуказанных критериев. При подсчете объема камеры сгорания по теплонапряженности необходимый объем камеры сгорания $’, получается тем больше, чем больше секундный расход топлива, а следовательно, чем больше давление в камере сгорания [см. формулу (Ч!П. 16)1. Ранее было показано, что при постоянном размере критического сечения время пребывания в камере сгорания при увеличении расхода топлива, а следовательно, в давления не изменяется. Поэтому в этом случае увеличивать объем камеры не нужно. Таким образом, теплонапряженность (7 является критерием, не учитывающим влияние давления на необходимый объем камеры сгорания.
Теплонапряженность и и литровая тяга Р, не отражают ос-‘ новной фактор, определяющий полноту сгорания смеси — время, имеющееся на протекание процесса сгоранвя. Следовательно, эти 23» 35$ кРитеРии не могУт быть использованы длЯ опРеделениЯ объема )гк без указания величины давления в камере. Действительно, вели рассмотреть данные выполненных двигателей, приведенные в табл.
РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ
РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ
РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ
В следующем разделе подробно описаны упрощенные уравнения для
проектирование малых жидкостных ракетных двигателей. Номенклатура для
конструкция двигателя показана на рис. 6.
Рис. 6 Конфигурация конструкции двигателя
Форсунка
Площадь поперечного сечения горловины сопла может быть рассчитана, если
общий расход топлива известен, а топливо и рабочие
условия выбраны. Предполагая теорию идеального газа:
, где R = газовая постоянная, определяемая как R = R_bar/M. R_bar — это
универсальная газовая постоянная, равная 1545,32 фут-фунт/фунт(град)Р, а М –
молекулярная масса газа. Молекулярная масса горячего газа
продуктов сгорания газообразного кислородно-углеводородного топлива около 24,
так что R составляет около 65 фут-фунт/фунт (градус) R.
Гамма, , отношение газа
удельная теплоемкость и представляет собой термодинамическую переменную, которую читатель
рекомендуется читать в другом месте (см.
Библиографию). Гамма составляет около 1,2 для продуктов
сжигания газообразного кислородного/углеводородного топлива.
92
Tt – температура газов на срезе сопла.
температура газа на срезе сопла меньше, чем при горении
камере из-за потери тепловой энергии при ускорении газа до
локальная скорость звука (число Маха = 1) в горловине. Следовательно
Для = 1,2
Tc – температура пламени в камере сгорания в градусах Ренкина.
(градус R), заданный
Pt – давление газа на срезе сопла. Давление на
горловина сопла меньше, чем в камере сгорания из-за
ускорение газа до местной скорости звука (число Маха = 1)
в горле. Следовательно
Для = 1,2
Теперь горячие газы должны быть расширены в расширяющейся части
сопло для получения максимальной тяги. Давление этих газов будет
уменьшается по мере того, как энергия используется для ускорения газа, и теперь мы должны найти
та часть сопла, где давление газа равно атмосферному
давление.
Эта область затем будет областью выхода сопла.
Число Маха отношение скорости газа к местной
скорость звука. Число Маха на выходе из сопла определяется как
идеальное выражение расширения газа
P c это давление в камере сгорания и P атм это
атмосферное давление или 14,7 фунтов на квадратный дюйм.
Выходное сечение сопла, соответствующее выходному числу Маха
в результате выбора давления в камере определяется выражением
Поскольку гамма зафиксирована на уровне 1,2 для газообразного кислородно-углеводородного топлива.
продукты, мы можем рассчитать параметры для будущего использования конструкции; в
результаты сведены в Таблицу III.
ТАБЛИЦА III
Параметры сопла для различных камер
давление, = 1,2, Patm = 14,7 фунтов на квадратный дюйм
| P c | M e | A e /A t | T e /T c |
|---|---|---|---|
| 100 | 1. 95 |
1.79 | 0.725 |
| 200 | 2,74 | 2,74 | 0,65 |
| 300 | 2,55 | 3,65 | 0,606 |
| 400 | 2,73 | 4,6 | 0,574 |
| 500 | 2,83 | 5,28 | 0,55 |
Соотношение температур между газами в камере
а на выходе из сопла определяется выражением
Диаметр горловины сопла определяется выражением
а выходной диаметр равен
Хорошее значение полуугла схождения сопла (бета) (см. рис. 3)
составляет 60 град. Полуугол раскрытия сопла (альфа) не должен быть
более 15 градусов для предотвращения потерь внутреннего потока сопла.
Камера сгорания
Параметр, описывающий объем камеры, необходимый для
Полное сгорание – это характерная длина камеры L*, которая
дан кем-то
, где Vc – объем камеры (включая сужающееся сечение
сопла), в кубических дюймах, а At – площадь горловины сопла.
(дюйм2). Для газообразного кислородного/углеводородного топлива L* составляет от 50 до 100 дюймов.
подходит. L* действительно заменяет определение патронника
время пребывания реагирующих компонентов топлива.
Для уменьшения потерь из-за скорости потока газов в
камера, площадь поперечного сечения камеры сгорания должна быть на
не менее чем в три раза больше площади горловины сопла. Это соотношение известно как
«коэффициент сжатия».
Площадь поперечного сечения камеры сгорания определяется выражением
Объем камеры определяется выражением
Для небольших камер сгорания сходящийся объем составляет около 1/10
объем цилиндрической части камеры, так что
Диаметр камеры для малых камер сгорания (уровень тяги менее
чем 75 фунтов) должен быть в три-пять раз больше диаметра горловины сопла.
таким образом, инжектор будет иметь полезную площадь лица.
Толщина стенки камеры
Камера сгорания должна выдерживать внутреннее
давление горячих дымовых газов.
Камера сгорания также должна
быть физически прикреплен к рубашке охлаждения и, следовательно,
толщина стенки камеры должна быть достаточной для сварки или пайки
целей. Поскольку камера будет представлять собой цилиндрическую оболочку, рабочая
напряжение в стене определяется выражением
, где P — давление в камере сгорания (без учета
влияние давления теплоносителя на наружную сторону кожуха), D — среднее значение
диаметр цилиндра, а t w — толщина цилиндра
стена. Типичным материалом для небольших камер сгорания с водяным охлаждением является
медь, для которой допустимое рабочее напряжение составляет около 8000 фунтов на квадратный дюйм.
поэтому толщина стенки камеры сгорания определяется выражением
Минимальная толщина; на самом деле толщина должна быть
несколько больше, чтобы учесть сварку, коробление и напряжение
концентрация. Толщина стенки камеры и сопла
обычно равны.
Уравнение (22) также можно использовать для расчета толщины стенки
рубашки водяного охлаждения.
Здесь снова значение t w будет
минимальная толщина, поскольку факторы сварки и конструктивные соображения (например,
как уплотнительные кольца, канавки и т. д.) обычно требуются стенки толще, чем
те, которые указаны уравнением напряжения. Новое значение допустимого напряжения
должен использоваться в уравнении (22) в зависимости от материала оболочки
выбран.
Охлаждение двигателя
Любитель не должен строить неохлаждаемые ракетные двигатели
так как они могут работать только короткое время и их конструкция требует
доскональное знание тепло- и массообменной техники. Охлажденный
ракетные двигатели имеют возможность охлаждения некоторых или всех металлических частей.
вступает в контакт с горячими дымовыми газами. Инжектор
обычно самоохлаждаются набегающим потоком топлива.
камера сгорания и сопло обязательно требуют охлаждения.
Рубашка охлаждения обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости, которая в
в случае летных двигателей обычно используется одно из топлив.
Однако для статических испытаний и любительской эксплуатации вода является единственным
рекомендуется охлаждающая жидкость. Рубашка охлаждения состоит из внутренней и внешней
стена. Камера сгорания образует внутреннюю стенку и другую
концентрический, но больший цилиндр обеспечивает внешнюю стенку. Космос
между стенками служит проходом теплоносителя. Горловина сопла
область обычно имеет наибольшую интенсивность теплообмена и составляет,
следовательно, труднее всего охладить.
Энерговыделение на единицу объема камеры ракетного двигателя составляет
очень большой и может быть в 250 раз больше, чем у хорошего парового котла или в пять
раз больше, чем в камере сгорания газовой турбины. Скорость теплопередачи
ракетного двигателя обычно в 20-200 раз больше, чем у хорошего котла.
Таким образом, очевидно, что охлаждение ракетного двигателя является
трудная и ответственная задача. Полная конструкция теплопередачи
ракетный двигатель чрезвычайно сложен и обычно выходит за рамки
возможности большинства строителей-любителей.
Некоторые важные эмпирические
однако доступны рекомендации по проектированию, которые перечислены ниже:
- Используйте воду в качестве охлаждающей жидкости.
- Используйте медь для камеры сгорания и стенок сопла.
- Скорость потока воды в рубашке охлаждения должна быть 20-50 футов/сек.
- Скорость потока воды должна быть достаточно высокой, чтобы не происходило кипения.
- Вытяните рубашку водяного охлаждения за лицевую сторону форсунки.
- Необходим постоянный поток охлаждающей воды.
Теплообмен
Наибольшая часть тепла, переданного из горячей камеры
газы к стенкам камеры конвекцией. Количество тепла
переданные путем проведения, невелики, а сумма, переданная
излучение обычно составляет менее 25% от общего количества. Стены камеры
должны поддерживаться при такой температуре, чтобы прочность материала стенки
достаточно для предотвращения отказа. Материальный отказ обычно происходит из-за
либо повышая температуру стенки со стороны газа, чтобы ослабить,
расплавиться, или повредить материал стены, или повысить температуру стены
со стороны жидкого хладагента, чтобы испарить жидкость рядом с
стена.
Последующий отказ вызван резким
повышение температуры в стене, вызванное избыточной теплоотдачей
кипящий хладагент.
92 секунды
A = площадь теплопередачи, дюйм2
w_w = расход охлаждающей жидкости, фунт/сек
c_p = удельная теплоемкость охлаждающей жидкости, БТЕ/фунт(градус) F
T = температура охлаждающей жидкости на выходе из рубашки, град F
Ti = температура охлаждающей жидкости на входе в рубашку, град F
использование этого уравнения будет проиллюстрировано в разделе «Пример».
Расчет конструкции.
Материалы
Стенки камеры сгорания и сопла должны выдерживать
относительно высокая температура, высокая скорость газа, химическая эрозия и
высокий стресс. Материал стен должен обладать высокой теплопроводностью.
показатели (что означает хорошую теплопроводность), но в то же время
иметь достаточную прочность, чтобы выдерживать давление в камере сгорания.
Требования к материалам являются критическими только в тех частях, которые входят в
прямой контакт с пороховыми газами.
Другие компоненты двигателя могут быть
из обычного материала.
Как только материал стенки работающего ракетного двигателя начинает
провал, окончательное прогорание и разрушение двигателя крайне
стремительный. Даже небольшое отверстие в стенке камеры почти
немедленно (в течение одной секунды) открыть в большую дыру, потому что горячий
камерные газы (4000-6000 градусов по Фаренгейту) будут окислять или расплавлять соседние
металл, который затем сдувается, подвергая новый металл воздействию горячих газов.
Экзотические металлы и сложные технологии изготовления используются в
современные космические и ракетные ракетные двигатели, обеспечивающие легкость
структура, абсолютно необходимая для эффективного запуска и полета
транспортные средства. Эти передовые металлы и методы изготовления далеки
за пределами досягаемости серьезного строителя-любителя. Однако использование
из более обычных (и гораздо менее дорогих) металлов и изготовления
методы вполне возможны, за исключением того, что летный двигатель будет
не результат.
Так как почти все любительские ракетные стрельбы должны быть
проводится на статическом испытательном стенде, это не является серьезным ограничением для
строитель-любитель. Опыт работы с различными ракетами
конструкции двигателя приводит к следующим рекомендациям для любителей
ракетные двигатели:
- Камера сгорания и сопло должны быть обработаны в одном
шт., из меди. - Те части форсунки, которые соприкасаются с горячими газами камеры, должны
также изготавливаться из меди. - Рубашка охлаждения и детали форсунки, не соприкасающиеся с
горячие пороховые газы должны быть изготовлены из латуни или нержавеющей стали.
стали. - Квалифицированные станочные и сварочные работы необходимы для производства безопасного
и пригодный для использования ракетный двигатель. Дрянное или небрежное мастерство, или плохое
сварных швов, может легко привести к отказу двигателя.
Форсунки
Функцией инжектора является введение топлива в
камеру сгорания таким образом, чтобы обеспечить эффективное сгорание
происходить.
Есть два типа форсунок, которые может использовать любительский покупатель.
рассмотреть для небольшой конструкции двигателя. Одним из них является попадание
струйная форсунка, в которой окислитель и топливо впрыскиваются через
количество отдельных отверстий, чтобы результирующие пряди пересекались с
друг друга. Поток топлива будет сталкиваться с потоком окислителя и
оба распадаются на мелкие капли. При использовании газообразного кислорода в качестве
окислитель, а в качестве топлива используется жидкий углеводород,
столкновение потока жидкости с высокоскоростным потоком газа
приводит к диффузии и испарению, вызывая хорошее перемешивание и
эффективное сгорание. Недостатком этого типа инжектора является то, что
чрезвычайно маленькие отверстия необходимы для малых скоростей потока двигателя и
гидравлические характеристики и уравнения, обычно используемые для прогнозирования
параметры инжектора не дают хороших результатов для малых отверстий.
маленькие отверстия также трудно просверлить, особенно в мягкой меди.
93
г = гравитационная постоянная, 32,2 фута/сек2
Cd = коэффициент расхода отверстия
Коэффициент расхода для простого отверстия правильной формы будет
обычно имеют значение от 0,5 до 0,7.
Скорость впрыска или скорость потока жидкости
выходящий из отверстия, определяется
Падение давления впрыска от 70 до 150 фунтов на кв. дюйм или впрыск
скорости от 50 до 100 фут/с обычно используются в небольших жидкотопливных
ракетные двигатели. Падение давления впрыска должно быть достаточно высоким, чтобы
устранить неустойчивость горения внутри камеры сгорания, но
не должен быть настолько высоким, чтобы резервуар и система наддува использовались для
подача топлива в двигатель наказывается.
Инжектор второго типа представляет собой распылительную насадку, в которой коническая,
сплошной конус, полый конус или другой тип распылительного листа.
полученный. Когда жидкое углеводородное топливо нагнетается через форсунку
форсунки (аналогичные тем, что используются в домашних масляных горелках) полученное топливо
капли легко смешиваются с газообразным кислородом и в результате
смесь легко испаряется и сгорает.
Форсунки особенно
привлекательным для строителя-любителя, так как несколько компаний производят
их коммерчески для масляных горелок и других применений. Любитель
необходимо только определить размер и характеристики распыления, необходимые для
его конструкция двигателя и правильная форсунка могут быть приобретены
по низкой цене. На рис. 7 показаны два типа инжекторов.
Использование коммерческих распылительных форсунок для ракет любительской постройки
двигателей настоятельно рекомендуется.
Рис. 7 Топливные форсунки для ракетных двигателей Amatuer.
Системы сжигания
Системы сжигания
Ханну Яаскеляйнен, Магди К. Хайр
Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.
- Переменная степень сжатия
- Охлаждение поршня
Abstract : Системы сжигания включают множество параметров, влияющих на процесс сгорания.
В этой статье обсуждаются некоторые аспекты, связанные с геометрией камеры сгорания, потоком в цилиндре и степенью сжатия.
- Введение
- Геометрия камеры сгорания
- Внутрицилиндровый поток
- Степень сжатия
Введение
Системы сгорания включают множество факторов, влияющих на процесс сгорания. К ним относятся:
- Форсунка топливная,
- характеристики впрыска топлива,
- газовый состав в цилиндрах,
- характеристики потока в цилиндрах,
- геометрия камеры сгорания,
- и
- размер цилиндра.
Степень сжатия
Во всех системах сгорания эти факторы должны работать вместе, чтобы гарантировать, что процесс сгорания, будь то традиционный или усовершенствованный, достигает требуемых показателей производительности и выбросов.
В этой статье обсуждаются некоторые аспекты, связанные с геометрией камеры сгорания, потоком в цилиндре и степенью сжатия.
Геометрия камеры сгорания
Вопросы дизайна
Известно, что дизельное сгорание является очень обедненным с соотношением A/F 25:1 при пиковом крутящем моменте, 30:1 при номинальной скорости/максимальной мощности и более 150:1 на холостом ходу для двигателей с турбонаддувом. Однако этот лишний воздух не участвует в процессе горения. Он довольно сильно нагревается во время сгорания и истощается, из-за чего дизельный выхлоп становится обедненным. Несмотря на то, что среднее соотношение воздух-топливо является обедненным, если не принять надлежащих мер в процессе проектирования, области камеры сгорания могут быть обогащены топливом и привести к чрезмерным выбросам дыма. Таким образом, ключевой задачей при проектировании камеры сгорания является обеспечение адекватного смешивания топлива и воздуха для смягчения воздействия областей, богатых топливом, и позволяющих двигателю достичь своих показателей производительности и выбросов. Было обнаружено, что турбулентность в движении воздуха внутри камеры сгорания полезна для процесса смешивания и может использоваться для достижения этой цели.
Завихрение, вызванное впускным отверстием, может быть усилено, или поршень может создавать хлюпанье, когда он приближается к головке цилиндра, чтобы создать большую турбулентность во время такта сжатия за счет правильной конструкции чаши в головке поршня.
Конструкция камеры сгорания оказывает наибольшее влияние на выбросы твердых частиц. Это также может влиять на количество несгоревших углеводородов и CO. Хотя на выбросы NOx может влиять конструкция барабана [3128] , объемные свойства газа играют очень важную роль в уровне их выхлопа. Однако из-за компромисса между NOx и ТЧ конструкции камер сгорания должны были измениться по мере снижения предельных значений выбросов NOx, в первую очередь для того, чтобы избежать увеличения выбросов ТЧ, которое могло бы произойти в противном случае.
Обзор рекомендаций по проектированию систем сжигания можно найти в литературе [3489] [3490] .
К-фактор. Важным параметром для оптимизации системы сгорания дизеля с прямым впрыском является доля имеющегося воздуха, участвующего в процессе сгорания [734] [3489] .
К-фактор, рассчитываемый как отношение объема камеры сгорания к объему зазора, является приблизительной мерой доли воздуха, доступного для сгорания. Уменьшение рабочего объема двигателя приводит к уменьшению относительного К-фактора и, следовательно, тенденции к ухудшению характеристик сгорания. Для заданного рабочего объема и постоянной степени сжатия К-фактор можно улучшить, выбрав более длинный ход поршня.
На выбор отношения диаметра цилиндра к ходу двигателя может повлиять К-фактор и ряд других факторов, в том числе: компоновка двигателя, порты и клапаны и т. д. Особенно важным вопросом при установке максимального отношения диаметра цилиндра к ходу является очень сложная компоновка головки блока цилиндров, необходимая для размещения конструкции с четырьмя клапанами на цилиндр и системы впрыска топлива Common Rail с центрально расположенной форсункой. Головки цилиндров имеют сложную конструкцию из-за множества проходов, включая водяное охлаждение, прижимные болты головки цилиндров, впускные и выпускные каналы, форсунки, свечи накаливания, клапаны, штоки клапанов, углубления клапанов и седла клапанов, а также другие проходы, такие как используется для рециркуляции выхлопных газов в некоторых конструкциях [735] .
Открытые и повторно входящие камеры сгорания. Камеры сгорания в современных дизельных двигателях с непосредственным впрыском могут быть обозначены как открытые или с повторным входом. Если диаметр верхнего отверстия камеры в поршне меньше максимального диаметра камеры, это повторно входящая камера. Эти чаши имеют «губу». Если кромки нет, то это открытая камера сгорания [3490] .
Типы топок
Миски для мексиканских шляп
Камеры сгорания дизельных двигателей с чашей «мексиканской шляпы», также известные как камера «Хессельмана», известны как минимум с 1920-х годов [3126] . Эти открытые камеры сгорания обычно использовались примерно до 1990 года в двигателях большой мощности, прежде чем расширительный бак стал более важным. Рисунок 1 иллюстрирует общую форму чаши этого типа. Обратите внимание на прямые стороны по внешней периферии [3127] . Эта форма камеры сгорания предназначена для относительно продвинутых значений времени впрыска, когда камера сгорания содержит большую часть дымовых газов.
Добавить комментарий