Существует много вариантов оформления воспламенителя. Корпус воспламенителя может быть выполнен из сплошного или перфорированно­ го металла, пластмассы (рис.24) или из стеклопластиковых жгутов в виде корзинки (рис. 25).

В первом случае мембрана корпуса разрушается, когда давление продуктов сгорания достигает определенного уровня, во втором случае продукты сгорания истекают через отверстия корпуса в камеру сгорания РДТТ.

2.3. Теплозащитное покрытие

Процессы в РДТТ сопровождаются высокой температурой, большой скоростью движения газа, относительно высоким давлением. Эти факторы и, в некоторых случаях, значительное содержание в продуктах горения твёрдых частиц обусловливают высокую интенсивность тепловых потоков, направленных от газа к элементам конструкции двигателя.

Тепловой поток в РДТТ достигает 5...20><106 Вт/м‘2, это более чем в

10 0 раз превышает величину тепловых потоков в топке парового котла и в 10...30 раз в камере сгорания газотурбинного авиадвигателя. Интенсивная передача тепла от газа к элементам конструкции может привести к нагреву этих элементов до температур, при которых резко падает прочность мате­ риала. В таких случаях предельно допускаемое время работы без принятия специальных мер тепловой защиты определяется, в первую очередь, сни­ жением прочностных характеристик материала корпуса при нагреве. Рез­ кое падение прочностных характеристик алюминиевых сплавов происхо­ дит при температуре 150...200°С, титановых сплавов - при 400...450°С, специальных сталей - при 650.. .750°С.

Таким образом, допускаемое время работы РДТТ без теплоизоляции корпуса связано со временем достижения средней температуры корпуса, при которой характеристики прочности материала ещё сохраняют доста­ точно высокие значения и составляет от десятых долей секунды до не­ скольких секунд.

Для двигателей с большим временем работы элементы несущей кон­ струкции обеспечиваются теплозащитными покрытиями (ТЗП) из специ­ альных материалов. Функцию тепловой защиты может также осуществ­ лять топливный заряд, прочно скрепленный с корпусом двигателя.

Основные требования к ТЗП:

1.Надежность защиты несущей конструкции.

2.Минимальная масса покрытия на 1 м2 предохраняемой поверхно­

сти.

3.Хорошая сцепляемость покрытия с материалом несущей конст­

рукции.

4.Высокое сопротивление вибрационным нагрузкам, механическому

итепловому удару.

5.Химическая стойкость, совместимость с материалами двигателя.

6 . Технологичность изготовления.

Известные в настоящее время ТЗП делятся на пассивные и активные. Пассивная тепловая защита обеспечивается термостойкими покры­ тиями из материалов, имеющих высокую температуру плавления и низкую температуропроводность. Толщина этих покрытий должна оставаться не­ изменной, поэтому к ним предъявляется дополнительное требование - стойкость к эрозионному воздействию. Основой таких покрытий для сопел являются тугоплавкие окислы (MgO, А120 3, Zn02 и др.), карбиды, титриды

и бориды некоторых металлов.

Активная тепловая защита корпуса основана на поглощении значи­

тельной доли подводимого к поверхности тепла при разрушении и уносе 89

материала покрытия. Это тепло расходуется на фазовые превращения (плавление, испарение, сублимация), эндотермические реакции (пиролиз органических веществ) в поверхностном слое покрытия. Вследствие этого тепловой поток, отводимый в глубь материала, невелик по сравнению с потоком, подводимым к стенке. Покрытие такого типа часто называют аблирующим.

Основным преимуществом аблирующих покрытий является возмож­ ность использования их при любой температуре горения ТРТ, в то время как применение жаростойких покрытий ограничивается температурой плавления материала покрытия. Кроме того, аблирующие покрытия обла­ дают, как правило, малым удельным весом и высокими механическими ха­ рактеристиками.

Для тепловой защиты корпусов камер сгорания применяют армиро­ ванные пластмассы, в которых работают оба вышеуказанных механизма.

Выбор типа покрытия определяется назначением и устройством пре­ дохраняемого элемента конструкции, а также условиями его работы.

2.4.Сопла

Сопло РДТТ предназначено для создания тяги путем превращения тепловой энергии, выделившейся при сгорании топлива, в кинетическую энергию продуктов сгорания. Сопло оказывает значительное влияние на энергетические, весовые и прочностные характеристики двигательной ус­ тановки. Конструирование эффективного сопла является важным этапом при разработке любого РД.

Сопло представляет собой газовый тракт переменного сечения, су­ жающегося до минимального, а затем расширяющегося.

Наиболее часто встречается круглое сопло Лаваля, сопло с кониче­

скими сужающейся и расширяющейся частями (рис. 26,а). Применяются 90

также кольцевые сопла с центральным телом: штыревые (рис. 26,6) и та­

рельчатые.

Рис. 26. Сопла: а - сопло Лаваля, б - кольцевое сопло с центральным телом

Преимущества кольцевых сопел с центральным телом перед соплом

Лаваля следующие:

-ДУ имеет более высокие характеристики по удельной тяге;

-при равных выходных характеристиках длина ДУ с кольцевым со­ плом меньше;

-центральное тело позволяет осуществлять регулирование тяги без дополнительных устройств, в нем можно разместить вспомогательные устройства, например, воспламенитель.

К недостаткам кольцевых сопел следует отнести ухудшение пара­ метров газового потока из-за сопротивления пилонов, поддерживающих центральное тело, и сложность охлаждения. Кроме того, масса сопел с центральным телом больше массы аналогичных по назначению сопел Ла­ валя.

В РДТТ применяют сопловые блоки, состоящие из одного или не­ скольких сопел. Сопловой блок с одним центральным соплом проще, на­ дежнее многосоплового и для создания управляющего момента требует отклонения на меньший угол. Многосопловой блок имеет меньшую длину, не требует постановки дополнительных органов управления по крену.

По виду крепления сопловые блоки можно разделить на неподвиж­ ные и подвижные. В последних весь блок или его часть имеют возмож­ ность отклоняться в двух плоскостях. В большинстве случаев сопло уста­ навливается так, чтобы его продольная ось совпадала с осью двигателя. Вспомогательные сопла, а также сопла вспомогательных двигателей, на­ пример стартовых ускорителей, могут устанавливаться под некоторым уг­ лом к продольной оси двигателя.

Сопло - наиболее теплонапряженный элемент конструкции. В РДТТ с малой тягой и небольшим временем непрерывной работы применяют то­ ченые металлические сопла из малоуглеродистой стали, в крупногабарит­ ных РДТТ - сопла из жаростойких материалов, обычно в сочетании с теп­ лозащитными покрытиями. В качестве ТЗП используют графит, пористый вольфрам, пропитанный медью или серебром, и т.п. Перспективное на­ правление - сопла из пластмасс или прессматериалов.

Установим, каким образом можно добиться непрерывного повыше­ ния скорости течения газа в канале переменного течения до величин, пре­ вышающих скорость звука в нем. Для этого рассмотрим вопрос о связи между изменениями площади поперечного сечения потока и скорости движения газа.

Запишем уравнение расхода для установившегося движения газа (за­ кон неразрывности потока):

FpU = const. Дифференцируя это выражение, получим

pUdF + FUdp + FpdU = 0.

Поделив левую и правую части полученного уравнения на FpU, по­ лучим

Измеряемыми параметрами являются площадь поперечного сечения газового тракта F и скорость газового потока в этом сечении U. Исключим

неизмеряемый параметр р, найдя — из уравнений скорости звука а2 = — Р Ф

и Бернулли UdU = ——. Элементарное деление левых и правых частей

Для однонаправленного вдоль оси х потока это уравнение (известно

под названием уравнения Гюгонио) принимает вид

Здесь М= UJa, т.е. М (число Маха) - безразмерная величина, харак­

теризующая скорость газового потока по отношению к скорости звука.

При М<1 газовый поток называется дозвуковым, режим течения - докри-

тическим. Если М >1, режим - надкритический, поток - сверхзвуковой.

При М=1 скорость газового потока равна скорости звука, режим течения

газа и все параметры потока (скорость, температура газа, сечение и т.д.)

называются критическими.