ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Физические основы различных схем теплозащиты из "Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей Книга 2 Издание 4 " Проточное охлаждение. При проточном охлаждении стенки КС омываются охлаждающей жидкостью, которая протекает с большой скоростью в зазоре между внутренней и наружной оболочками, как показано на рис. 12.1. [c.55] Основа работы схемы — стационарный тепловой режим стенки весь передаваемый со стороны газов тепловой поток проходит сквозь стенку и полностью воспринимается охлаждающей жидкостью, текущей в межрубашечном зазоре. [c.55] На рис. 12.2 приведено типичное распределение температур поперек стенки КС. Особенность этого распределения — непрерывное изменение температуры от самой высокой температуры торможения в пристеночном слое газа Гог до самой низкой температуры жидкости Г. Наиболее резкое изменение температуры наблюдается вблизи горячей поверхности, причем это изменение происходит в тепловом пограничном слое газа так же, как и изменение температуры вблизи холодной поверхности. [c.55] При всех геометрических видах охлаждающих трактов внутренняя и наружная оболочки КС и сопла могут быть как не связанными между собой, так и связанными. [c.56] Несвязанные оболочки имеют большой недостаток — низкую прочность при нагружении их давлением в межрубашечном пространстве. Поэтому оболочки приходится делать толстостенными (5сх —4 5 мм) и ограничиваться низкими давлениями в КС (/7=1,5-2,0 МПа). [c.56] Значительный прогресс в развитии конструкции ЖРД произошел после перехода к связанным оболочкам. [c.56] На рис. 12,36 оболочки соединены роликовой электросваркой до винтовым выштампованным канавкам, образуя винтовой 1 огоканальный тракт. [c.57] Большое достижение ракетной техники — разработка паяных конструкций камер сгорания и сопл. В одних случаях оболочки спаиваются или через специальные гофрированные вставки (рис. 12.3, в), или через выфрезерованные на внутренней оболочке продольные ребра (рис. 12.3, г) в других случаях вся конструкция камеры и сопла собирается на пайке из набора специально спрофилированных трубчатых каналов (рис. 12.3, д). В обоих случаях образуется многоканальный тракт с хорошо развитой охлаждаемой поверхностью ребер. [c.58] Охлаждающая жидкость может вводиться в охлаждающий тракт как со стороны сопла, так и со стороны головки КС. Для уменьшения подводящих трубопроводов в некоторых трубчатых конструкциях часто охлаждающую жидкость вводят со стороны головки только в половину каналов, пройдя по ним до конца сопла, жидкость по второй половине каналов возвращается обратно к головке КС. В других случаях охлаждающий компонент может вводиться в каком-либо промежуточном сечении КС или сопла и разветвляться часть направляется к срезу сопла, а другая — к головке. [c.58] Таким образом, при выборе места ввода охлаждающей жидкости в рубашку и схемы течения в каждом конкретном, случае руководствуются конструктивными и эксплуатационными соображениями. [c.58] Внутреннее охлаждение. Осуществляется созданием вблизи стенки низкотемпературного пристеночного слоя газа или даже жидкой пленки на отдельных участках внутренней поверхности стенки КС или сопла. [c.58] Внутреннее охлаждение можно организовать соответствующим расположением и подбором расходных характеристик форсунок на периферии головки КС (при этом в пристеночном слое создается избыток какого-либо компонента, как правило, горючего). После выгорания топлива образуются ПС с более низкой температурой, чем в основном потоке (рис. 12.4). В КС двигателей, работающих по схеме с дожиганием генераторного газа, пристеночный слой может создаваться низкотемпературным генераторным газом, подаваемым через периферийный ряд форсунок. [c.58] Внутренне охлаждение можно осуществить подачей жидкого компонента с небольшой скоростью (как правило, горючего) на внутреннюю поверхность стенки КС и стоила через отверстия (рис. 12.5) или щели в специальном поясе завесы охлаждения. В результате взаимодействия с основным потоком струи жидкости прижимаются к стенке, образуя на ней сплошную жидкую пленку. Жидкая пленка, двигаясь по стенке, прогревается, испаряется (или разлагается) и, перемешиваясь с ближайшими слоями газа, постепенно выгорает, образуя низкотемпературный слой газа. [c.58] Ввиду сравнительно слабого поперечного перемешивания ПС дрй их движении вдоль КС пристеночный слой, созданный головкой или поясом завесы охлаждения, достаточно устойчив й может сохраняться на значительном протяжении. [c.59] Организуя внутреннее охлаждение, необходимо помнить, что наличие низкотемпературного пристеночного слоя вызывает определенные потери удельного импульса, которые называют потерями на охлаждение. Эти потери будут тем больше, чем ниже температура в пристеночном слое и чем больший в нем расход. [c.59] Наиболее экономичным в этом отношении будет пристеночный слой, толщина которого не превышает пограничного слоя на всем протяжении КС. Организовать такой слой можно, если вдоль поверхности камеры поставить несколько малорасходных поясов завесы или перейти на пористую стенку. [c.59] Транспирационное охлаждение. Основано на использовании специальных пористых материалов и осуществляется путем пода-чи-продавливания охлаждающей жидкости 2 (рис. 12.6) на огневую поверхность сквозь пористую стенку 3 (1 — наружная стенка). Тепловой поток, отдаваемый газом в стенку, с одной стороны, расходуется частично или полностью на подогрев и испарение жидкости, проходящей через пористый материал 4, а с другой—сам тепловой поток здесь мал, так как возле стенки образуется пограничный слой 5, насыщенный парами жидкости с низкой температурой. Преимущества этого вида охлаждения состоят в большой эффективности при высокой экономичности. Первые удачные опыты по транспирационному охлаждению сопла ЖРД были проведены в свое время В. М. Кудрявцевым. Им же была разработана и методика расчета такого охлаждения. [c.59] В настоящее время применение пористых материалов в конструкциях ЖРД пока что не вышло за пределы опытов. Основная трудность — получение прочных пористых материалов со стабильными гидравлическими характеристиками. Несомненно, что этот вид охлаждения в будущем получит распространение. [c.59] Теплозащита термостойкими покрытия- и. На рис. 12.7 приведена схма распределения температуры поперек стенки ЖРД, которая кроме теплозащитного покрытия имеет еще и нормальное наружное охлаждение. Силовая оболочка КС или сопла покрыта со стороны ПС слоем теплозащитных покрытий (ТЗП). Основное свой- во ТЗП — высокая термостойкость, т. е. [c.59] ВЫСОКИЙ нагрев без разрушения, и при этом низкий коэффициент теплопроводности. Такое покрытие будет иметь высокое тепловое сопротивление, определяемое отношением (5/А.)хзп, т. е. разность температур, приходящаяся на толщину покрытия, А Гтзп = (8/Х,)хзп д будет большой. [c.60] Вернуться к основной статье