Переход к динамическим методам охлаждения в США

из "развитие методов теплозащиты жидкостных ракетных двигателей "

Опыт наглядно показывал Годдарду бесперспективность использования неохлаждаемых камер ЖРД, и перед ним встал вопрос о том, как сохранить материальную часть его двигателей. Выше уже отмечалось, что Р. Годдард не только знал о методах внутреннего и внешнего проточного регенеративного охлаждения, но даже попытался и практически реализовать их сочетание. Казалось бы, что возросшие после решения начальных задач потребности в увеличении длительности непрерывной работы ЖРД логично приведут его к продолжению исследований по этому весьма перспективному виду комбинированного охлаждения. Однако Р. Годдард понимал, видимо, недостатки внешнего охлаждения бензином и (или) жидким кислородом, и вместо того чтобы применить более удачное топливо решил ограничиться использованием одного лишь внутреннего охлаждения. [c.26]
На разработанном в 1928 г. небольшом двигателе внутреннее охлаждение создавалось бензином, поступавшим в камеру через две форсунки (расположенные около головки на цилиндрической части камеры на диаметрально противоположных ее сторонах) таким образом, что жидкая пленка двигалась по окружности стенок камеры тангенциально , предохраняя ее тем самым от прямого воздействия пламени. Окислитель подавался через единичную форсунку, установленную в центре головки [271, с. 646]. [c.26]
Испытания с этой камерой продолжались вплоть до июля 1929 г., и все они оказались малоудовлетворительными с точки зрения ее охлаждения. [c.27]
Пытаясь увеличить время непрерывной работы ЖРД, ученый создал новый двигатель с камерой, имевшей необычную даже для того времени квадратную форму поперечного сечения. Пленка внутреннего охлаждения создавалась на этот раз с помощью четырех трубок, расположенных в р оне головки по периметру камеры параллельно ее стенкам, причем на каждую стенку приходилась одна трубка. Все они имели внешний диаметр примерно б мм, и на них было просверлено 272 отверстия на расстоянии 1,6 мм друг от друга, направлявшие поток бензина под углом 16° к стенке. Создаваемая таким образом на стенках пленка жидкости, по замыслу конструктора, должна была быть равномерной по периметру камеры и вследствие этого лучше предохранять ее стенки, чем на предыдущем ЖРД. [c.27]
Еще одно нововведение состояло в том, что топливо вводилось в камеру в виде большого числа конусных струй, причем пара кислородных струй соударялась с одной бензиновой под углом 45°. Форсунки, выступавшие внутрь камеры, представляли собой пробки на концах квадратных труб и имели по несколько отверстий. Вся система этих труб для удобства размещалась в четырехугольной стальной пирамиде, прикрепленной своим основанием к головке. Поверхности трубок и пирамиды с целью теплозащиты были покрыты огнеупорным материалом. Так как стенки пирамиды могли разрушаться под действием внутрикамерного давления, в них были предусмотрены два отверстия для выравнивания давления с внешней и внутренней сторон стенок. [c.27]
Камера имела длину 266 мм, длина стороны квадратного критического сечения составляла 27 мм, длина закритической части сопла — 350 мм, срез сопла также имел форму квадрата размером 90 х 90 мм. Камера была усилена от вспучивания двумя бандажами, ее полная масса составляла 2 6 кг [168, с. 2-3]. [c.27]
Неэффективность охлаждения вызвала у Годдарда серьезную озабо-ценность, и он принял совершенно правильное, на наш взгляд, решение проводить параллельные испытания камер, имеющих лишь одно какое-либо отличие друг от друга, с тем чтобы путем сравнения определить влия-ние этого отличия на работу ЖРД. [c.28]
Анализ результатов эксперимента привел Годдарда к выводу о том, что камера с форсунками типа плаг более благоприятна с точки зрения проблемы охлаждения и в этом смысле более перспективна [168, с. 5—6]. Он пытается врспользоваться этой информацией и с учетом ее аналогичным методом получить новые сведения об особенностях охлаждения своих двигателей. С этой целью он вновь создает две аналогичные по конструкции камеры, отличающиеся друг от друга лишь конструкцией форсуночной головки (с форсунками типа плаг ) и способом создания внутренней завесы бензина. [c.28]
В первом опыте, проведенном 4. Ill 1930 г., испытывалась камера с пятью форсунками для каждого компонента, расположенными так, что все струи топлива встречались в одной точке. [c.28]
Она имела головку в форме конуса с углом раствора 60°. покрытую изнутри корундом, сопло длиной 230 мм длина ее цилиндрической части составляла 254 мм, диаметр — 103 мм. Две стальные трубы внешним диаметром 22 мм, сплющенные на концах так, что имели выходное отверстие, по форме близкое к прямоугольному, с размерами сторон 17,5 X 4 мм, создавали на стенках камеры тангенциальную пленку горючего. Эти трубы располагались на диаметрально противоположных сторонах цилиндрической части камеры в районе ее стыка с головкой [168, с. 6—7]. [c.28]
Сразу же после запуска камера взорвалась из-за неполадок в системе подачи топлива. [c.28]
Вторая камера, испытанная в тот же день, имела большее число форсунок (точное их количество неизвестно), а пленка бензина создавалась через отверстия, просверленные в одной трубе, располагавшейся у головки по окружности камеры. Опыт закончился прогаром в нижней части камеры через 4 с работы ЖРД, развившего тягу порядка 80 кгс (785 Н) [168, с. 7]. [c.28]
Несмотря на неудачный первый эксперимент, не давший, по существу, никакой новой информации, Р. Годдард, обобщив все свои опыты с многофорсуночными двигателями, пришел к выводу о том, что полученные результаты хуже тех, которые имели место при испытаниях в 1929 г. камеры с одной форсункой окислителя, расположенной в центре ее головки, и двумя форсунками бензина, создававшими тангенциальную завесу на стенке. [c.28]
Эксперимент закончился взрывом кислородного бака сразу же после запуска двигателя. [c.29]
На всякий случай 21. IV он повторил опыт с трехфорсуночной камерой, и опять двигатель работал удовлетворительно тяга — 77 кгс (755 Н), удельный импульс - 165 с (1620 м/с), время работы до прогара - 10 с [168, с. 10]. Конечно, 10 с не так много, но это все-таки больше, чем те 4 с, которые работали многофорсуночные двигатели, и, кроме того, столь большая величина удельного импульса ни разу не наблюдалась ранее. [c.29]
Сознавая важность решения проблемы охлаждения, понимая, что с помощью применяемых методов ему не удается получить желаемую длительность работы своих ЖРД, ученый проводил поиск и других способов защиты стенок двигателей от действия высоких температур. В конце концов он пришел к идее метода пористого, или, как его еще называют, тран-спирационного охлаждения. В тот же день, 21. IV 1930 г., он провел огневое испытание двигателя (рис. 15), цилиндрическая часть камеры сгорания которого была изготовлена из керамического пористого материала. [c.29]
Камера сгорания имели длину 260 мм и толщину стенки 12 мм. Головка камеры представляла собой усеченный конус, облицованный изнутри огнеупорным материалом (корундумом). Сужающаяся часть сопла, имевшая форму конуса с углом раствора 60°, и само сопло были также изготовлены из пористого материала. Толщина стенки сопла составляла 9,5 мм, диаметр критического сечения — 25 мм, длина сопла — 268 мм, диаметр его среза — 62,5 мм. [c.29]
Результаты испытаний разочаровали Р. Годдарда двигатель, развив тягу 21 кгс (206 Н) при удельном импульсе 45 с (440 м/с), проработал всего 8 с и прогорел [168, с. 11-12]. [c.30]
После этого испытания он возвращается к работам по трехфорсуночному двигателю. Одна из проблем, стоявшая перед ним, состояла в том, что при вытеснении топлива из баков под давлением собственных паров окислителя (кислорода) не удавалось обеспечить необходимый уровень давления в камере. Для ее решения он предусматривает вокруг камеры внешний цилиндрический кожух с зазором 12,5 мм. В районе сопла кожух сужался до радиуса порядка 88 мм на срезе. По зарубашечному пространству от головки к срезу сопла протекал жидкий кислород, газ от испарения которого использовался для наддува баков топлива. Разумеется, жидкий кислород при этом несколько охлаждал камеру, но этот эффект был незначительным, и ученый в своих рассуждениях им попросту пренебрегал. Кроме того, в зарубашечном пространстве он предусмотрел специальные перфорированные перегородки для уменьшения скорости протекания жидкого кислорода , что прямо противоречило требованиям охлаждения. [c.30]

Вернуться к основной статье

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...