ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Организация охлаждения двигателя из "Основы техники ракетного полета " Непривычное сочетание слов организация охлаждения поначалу несколько рел ет слух, но в кругах специалистов оно общепринято, и к нему следует относиться как к определенному техническому термину. [c.190] Под организацией охлаждения двигателя понимается совокупность мер тепловой защиты камеры. Этих мер много, но в их основе лежит, конечно, проточное охлаждение. [c.190] Первое из них уменьшается увеличением коэффициента теплоотдачи от стенки в жидкость. Коэффициент аж, как и аг, возрастает с увеличением скорости омывающего потока Шж- Поэтому для эффективного охлаждения камеры жидкость должна подаваться с достаточно большой скоростью. Но скорость протекающей по каналам жидкости обратно пропорциональна площади проходных сечений, размеры которых должны выдерживаться в пределах довольно узких допусков. Особенно остро проявляется это требование для относительно небольших двигателей, где расчетный зазор между стенками камеры может составлять десятые доли миллиметра. Увеличить же проходные сечения, сохранив высокую скорость потока, означает увеличить расход охлаждающего компонента и не только возложить дополнительные тяготы на систему подачи, но, быть может, даже превысить запланированную подачу компонента в камеру. [c.191] Коэффициент теплоотдачи в жидкость аж возрастает также и с повышением теплоемкости и теплопроводности охладителя, и это играет далеко не последнюю роль в выборе охлаждающего агента. В этом смысле уникальными свойствами обладает жидкий водород. Поэтому он и используется как охладитель в современных кислородно-водородных двигателях. [c.191] Тепловое сопротивление стенки бД можно уменьшить, уменьшая до предела прочностных н технологических требова[П1Й толщину стенки б. В настоящее время в некоторых камерах толщина б уже доведена до 0,6 мм. [c.191] Говоря о теплоотдаче через стенку, нельзя не отметить и особенностей реальной конструкции, которые не учтены в рассматриваемой одномерной схеме теплообмена. Если вернуться к описанным ранее конструктивным вариантам создания охлаждающих трактов (рис. 3.12), то можно заметить, что отвод теила от нагретой стенки в жидкость происходит и через соединительные ребра, которые, следовательно, играют роль не только силовых связей между внутренней и внешней стенками, но являются также теплопередающими элементами с развитой поверхностью. Это улучшает передачу тепла в охлаждаюп ую жидкость, но вместе с тем приводит к некоторому местному тепловому сопротивлению и соответственно к небольшому местному увеличению температуры Гг. ст. [c.192] роль основных параметров, входящих в выражение (4.30), мы рассмотрели. Остаются еще два температура жидкости Гж и температура газа Гр. Они также заслуживают внимания. [c.192] При снижении температуры жидкости Г температура Гг. сг, понятно, снижается. Но это — не средство тепловой защиты. Скорее, сама охлаждающая жидкость нуждается в защите. [c.192] По мере протекания вдоль охлаждаемой камеры жидкость нагревается. Но ее температура не должна быть выше некоторой предельной. В одних случаях она ограничивается точкой кипения, в других — температурой разложения или условиями возникновения нежелательных химических реакций, следом за которыми резко снижается коэффициент теплоотдачи а . Поэтому при расчете проточного охлаждения особое внимание уделяется не только температуре Гг. от, но и температуре охлаждающей жидкости Гж. [c.192] Схема такого секционного охлажденпя была показана ранее на рис. ЗЛО. Это — схема кислородно-водородного двигателя, и здесь уместно сказать заодно и о специфике охлаждения камеры водородом. [c.193] Сомнения, однако, легко рассеиваются, если вспомнить знакомые нам из курса физики условия перехода из жидкого состояния в газообразное и обратно. Эти условия описываются семейством кривых Ван-дер-Ваальса. Путем повышения давления газ может быть превращен в жидкость при температуре не выше некоторой критической, свойственной данному газу. Для водорода, в частности, эта температура равна 33 К. Этой температуре соответствует критическое давление, при котором смесь газа и жидкости находится в равновесии. Критическое давление задается ординатой точки перегиба на кривой Ван-дер-Ваальса, построенной для критической температуры. Для водорода критическое давление ниже, чем у других газов (за исключением гелия), и равно 12,8 кгс1см . Поэтому водород в охлаждающих трактах всегда находится в закритическом состоянии. Но при сверхкритических давлениях не существует раздела между жидкой и газообразной фазами, в результате чего пристеночного закипания вообще не возникает, и тем самым снимается опасность образования паровой пленки, столь пагубно влияющей на теплоотвод в других случаях. Остается только следить, чтобы охлаждающая водородная субстанция не перегрелась сверх той меры, при которой чрезмерно поднимается температура Гг. ст. [c.193] Такое охлаждение, в отличие от внешнего, проточного, называется внутренним. [c.194] Целям внутреннего охлаждения может служить также и специальное размещение на плоской головке топливных форсунок, создающих периферийную избыточность одного из компонентов. [c.194] Неравномерность распределения топливных компонентов внутри камеры, свойственная внутреннему охлаждению, не может не привести к ухудшению смесеобразования и неполноте сгорания. Удельная тяга при этом, конечно, снижается. Поэтому внутреннее охлаждение следует рассматривать лишь как вспомогательное и даже вынужденное средство тепловой защиты в тех случаях, когда внешним охлаждением тепловой поток отвести не удается. [c.194] Такая система охлаждения, имеющая несомненную аналогию с тепловой защитой теплокровных живых организмов, в жидкостных ракетных двигателях, однако, распространения не получила. Пористые камеры сложны в изготовлении, имеют большой вес и низкую прочность. О такой тепловой защите можно еще говорить как о предположительно перспективной для спускаемых с орбиты космических аппаратов, и то при условии реального весового выигрыша. Но тепловая защита спускаемых аппаратов реализуется в настоящее время другим вполне надежным способом, с помощью термостойких покрытий, что в принципе роднит ее с тепловой защитой сопел твердотопливных двигателей. [c.195] Для микродвигателей систем ориентации и вспомогательных двигателей космических аппаратов и кораблей применяется емкостное охлаждение. Сопло с массивными стенками изготовляется из медного сплава, обладающего высокой теплопроводностью и достаточно высокой теплоемкостью. При периодическом включении двигателя масса сопла поглощает поступающее тепло, а затем по окончании серии включений это тепло радиацией постепенно отводится в окружающее пространство. [c.195] Вернуться к основной статье