2742

13

метрии цилиндрической части используют некоторые рекомендации, основанные на опыте создания и доводки ряда двигателей.

Параметрами, позволяющими оценить степень завершенности процессов в камере являются расходонапряжѐнность r, условное время пребывания рабочего тела в камере усл и приведѐнная длина камеры Lпр.

Расходонапряжѐнность камеры определяется формулой:

где:

DK – еѐ диаметр (см. рис. 3.1).

Величина r показывает величину массового расхода топлива через единицу площади цилиндра камеры. Из формулы (3.4) следует:

mКС F КР pК ,

тогда:

В формуле (3.5а) величина давления pk измеряется в кг/см2. Так для данного вида топлива величина комплекса примерно постоянна, то расходонапряжѐнность камеры пропорциональна давлению в камере:

Величина r Р зависит только от вида топлива и отношения площадей F КР F К . Для применяемых топлив величина комплекса колеблется в узких пределах:

170 240 сек, а конструкции работающих камер характеризуются отноше-

торого рабочее тело находится в камере и которое используется для совершения

где:

14

полного сгорания ( pK ,T K , RK - давление, температура и газовая постоянная рабочего тела);

V K - объѐм камеры, под которым понимается объѐм, ограниченный плоскостью форсуночного днища и плоскостью, проходящей через критическое се-

Значение усл зависит от вида применяемого топлива и качества смесеобразования. Для различных типов топлив и конструкций камер величина усл опре-

деляется экспериментально и находится в пределах:

усл 0,0015 0,005сек

Увеличение давления уменьшает усл . При выборе величины усл необходимо также учитывать схему установки. В двигателях с дожиганием часть топлива по-

из которого следует, физически Lпр – длина цилиндрической камеры с объѐмом Vк, равным объѐму действительной камеры, и диаметром Dкр, равным диаметру минимального сечения сопла. Зная величину Lпр, легко определить объѐм

Vк.

Величина Lпр, как и величина усл, зависит от вида топлива, конструкции форсуночной головки и типа схемы двигателя. Между величинами Lпр и усл существует однозначная связь:

где:

n – показатель изоэнтропы.

Рекомендуемая величина Lпр, необходимая для полного сгорания, определяется по результатам испытаний двигателей. Рекомендуемая величина Lпр дана в таблице 3.2

Таблица 3.2

16

Рис.3.1

4.Смесеобразование и проектирование форсунок

4.1.Общие положения и проектирование системы смесеобразова-

ния

Система смесеобразования в камере сгорания реализуется в виде конструк- ционно-технологического узла, называемого головкой и форсунками.

Качество процессов смесеобразования должно удовлетворять следующим требованиям:

1.Обеспечение возможно равномерного по сечению камеры соотношения компонентов Кг и расходонапряжѐнности r.

2.Обеспечение достаточной мелкости распыла и перемешивания компонентов с целью получения возможно полного сгорания топлива.

3.Тепловая защита стенок камеры осуществляется в виде периферийного ряда форсунок, подающих избыток горючего (по сравнению с центральными форсунками) и создающими защитный пристеночный слой газа с пониженными соотношениями компонентов Кпс и температурой.

4.Тепловая защита огневого днища и др.

Наибольшее применение для двигателей больших тяг находят плоские форсуночные головки. Такие головки представляют собой систему двух плоских и одного выпуклого днища: плоское днище, обращѐнное к объѐму камеры называют огневым, второе плоское днище называют средним.

В пространство между огневым и средним днищем обычно поступает охладитель (горючее) из регенеративной системы охлаждения и оно является коллек-

17

тором для раздачи горючего по форсункам. В пространство между средним и выпуклым днищем подаѐтся второй компонент (окислитель) и это пространство является коллектором откуда окислитель поступает на свои форсунки.

В двигателях замкнутых схем выпуклое днище может отсутствовать, его заменяет газовод, подводящий рабочее тело после турбины (газообразный окислитель например).

Впрыск и подготовка топлива к сгоранию осуществляется форсунками, расположенными на головке. В двигателях обычно применяют два типа форсунок: струйные и центробежные. Достоинством струйных форсунок является их конструктивная простота и большая пропускная способность по сравнению с центробежными. Однако центробежные форсунки обеспечивают более качественное смесеобразование (меньшая дальнобойность и более тонкий распыл), поэтому им отдаѐтся предпочтение.

Широко применяют двухкомпонентные форсунки, которые представляют смесительный элемент для обоих компонентов и являются комбинацией двух центробежных или центробежной и струйной форсунок. Двухкомпонентные форсунки применяют также на двигателях замкнутых схем.

Таким образом, проектирование системы смесеобразования следует начинать

собоснованного выбора типа форсунок:

-струйная или центробежная;

-однокомпонентная или двухкомпонентная

Примеры конструкций форсунок различных типов приведены в работах

/1,2,3,4,5/.

Равномерность соотношения компонентов и расходонапряженности по поперечному сечению камеры достигается за счѐт правильного геометрического чередования форсунок на плоскости головки. Для однокомпонентных форсунок применяют шахматное или сотовое расположение их на головке, предпочтение отдаѐтся сотовому расположению.

Для двухкомпонентных форсунок способ их расположения на головке может быть произвольным, но чаще применяют расположение по концентрическим окружностям.

Выбрав способ расположения форсунок, определяют число форсунок окислителя nо горючего nг на головке. Для этого производится предварительная компоновка форсунок на головке (окружность диаметром Dk) с принятым шагом Н (расстояние между форсунами). Величина шага Н определяется габаритными размерами форсунки и прочностью головки. Для однокомпонентных форсунок, габаритный размер которых 8 14мм, Н=12 18 мм; для двухкомпонентных форсунок габаритный диаметр 20 30 мм и Н=30 40 мм.

Расход компонентов через одну форсунку равен:

После расчѐта форсунок и определения их размеров шаг и число форсунок могут быть скорректированы.

19

i - количество входных отверстий (см. рис 3.1);

Известны зависимости f 1 A , f 2 A и f 3 A :

ках рис.4.2; они могут быть использованы при проведении расчѐтов форсунок. Расчѐт однокомпонентной центробежной форсунки с тангенциальным под-

водом жидкости осуществляется в следующей последовательности:

1. Задаются углом распыла 2 и перепадом давления на форсунках. Наиболее

2. Зная значение угла 2 по графикам рис.4.2 находят величины геометрической характеристики А и коэффициента расхода .

3. По уравнению расхода (4.2) определяется площадь fc и диаметр сопла форсунки.

20

4. Из конструктивных соображений задаются количеством входных отвер-

стий i и «плечом» закрутки Rвх/rc. Обычно i = 2 4 и Rвх/rc = 2 3. Тогда из формулы (4.3) для геометрической характеристики легко определить значение радиуса

входных отверстий:

На этом заканчивается расчѐт форсунки первого приближения. Далее учитывается слияние трения на процессы в форсунке.

5. Определяется число Рейнольдса во входных отверстиях форсунки

где:

- коэффициент кинематической вязкости компонента, м2/с; и коэффициент трения для условий входа в форсунку

6. Вычисляется эквивалентная характеристика форсунки А по формуле: