книги из ГПНТБ / Аксентьев С.Т. Сопла ракетных двигателей учеб. пособие

Рмс 3.5.

Для профилированного сопла величина угла входа

незначительно сказывается на формировании потока в горле, н

-

очень силно влияет на интенсивность теплоотдачи от газа к

стенне.Экспериментально установлено, что увеличение 2ftfyOT

20° до 70-г90° уменьшает конвективный тепловой поток на 40 + 50%,при этом длина дозвуковой части сопла также умень­ шается.

Контур доввукозой части сопла должен сопрягаться с ц линдрической поверхность» камеры.

Для того чтобы избежать избыточных градиентов давления в районе сопряжения камеры и сопла, эту область обычно скру ляют, руководствуясь теми же рекомендациями, что и при про­ филировании конических сопел.

Расчет и построение профиля сверхзвуковой части сопла

как правило, производится методом характеристик. Однако мето

-82 -

2.Определяют угол наклона контура на срезе сопла J^c?

точки С под углом j 3 c к оси сопла,обозначают точкой М .

Контур некритической части сопла по методу Г.Рао очерчиваетс

параболой, проходящей через точки & и С .

7. Для построения этой парьболы разбивают отрегзд на одинаковое количество частей (обычно 5-7), соединяют соот­

ветствующие точки 1,2,3 и т.д. между собой прямыми и по точк пересечения этих прямых строят контур сверхзвуковой ?аст* соп

Сравнение конического и профилированного сопел, инеюядх одинаковые J~c * показывает, что при постоянном коэффициенте т

ги сопла Кс = Const профилированное сопло получается на 30490 короче конического. Примерно на такой, же порядок уменьиается

поверхность сопла и его вес. Если сравниваемые сопла имеют наковую длину, то профилированное сопло дает дополнительный выигрыш в удельной тяге примерно 2 * 2f 5%.

Метод Г.Рао дает хорошие результаты и широко использу

при эскизном проектировании, однако необходимо учитывать тот

проектируемого сопла, то для точных расчетов оптимальный про­

филь сверхзвуковой части сопла нужно отыскивать, пользуясь

одним из методов характеристик.

- 34 -

6 заключение следует отметить, что разобранные выше

принципы расчета и профилирования контура сопла справедливы лишь для случая однофазного течения. В реальных же соплах, о бенно в соплах РДТТ, существенное влияние на характер течени оказывает двухфазность потека.

До настоящего времени зада,а профилирования сопла с уче

том двухфазности газового течения разработана недостаточно, поэтому обычно пользуются методами профилирования сопел для чистого (однофазного) потока.

с

§ 3.3. Конструктивные схемы сопел ЖГД и РДТТ

Завершающим этапом проектирования сопла является выбор конструктивной схемы, способа охлаждения стенок и материала,

из которого должно изготовляться сопло.

Это весьма ответственный этап, т.к. неудачный выбор конструкции, способа охлаждения и материала приводит либо к ухудшению надежности работы и увеличению тепловых потерь, ли­ бо, при чрезмерном усложнении конструкции сопла и нерациональ­

ном выборе материала,к увеличению веса сопла.

Здесь необходимо отметить,что сопло должно быть выполн по возможности легким,так как в современных ракетных двигателях

его вес составляет от 30 до 50$ общего веса двигателя.

Поскольку 1РД и РДТТ существенно огличаются по конструк­

ции, томы рассмотрим, как решаются вопросы выбора конструктив­ ной схемы сопла на ранней стадии проектирования отдельно для

1

каждого типа двигателя.

- 85 -

X.Конструктивные схемы сопел ЖРД

Сопло ЖРД является неотъемлемой частью камеры.! поэтому вопрос выбора конструкции, способа охлаждения и материала р шается совместно с камерой.

Конструкция камеры и сопла ЖРД аависит от выбранного сп соба охлаждения. Так как анализ способов охлаждения выходит рамки данного учебного пособия, то i u лишь укажем, чтов со ременных ЖРД, как правило, мспольауется так называемое регене­ ративное (наружное) охлаждение, схема которого изображена на рис. 3.8 .

Д

4 -

Рис. 3.8.

5 этом случае расчет сухого веса сопла производится дующим образом:

- 86 -

-П Л О Т Й Й С Т З материала стенки.

Соало разбивают на несколько участков (обычно 2-3 в

жающейся и 5-6 в^расюиряюгейся части) и определяют вес кажд го из них. Затем алгебраическим суммированием находят вес

В современных 1РД в качестве материала для изготовлени стенок камеры и сопла изпользуют жаропрочные роррозионно с кие, хромоникелиезые и молибденовые стали. Основные хьравгаристики некоторых из них приведены в таблице 3.1.

Применение этих сталей позволяет выполнять стенки вну ренней и наружной оболочек толщиной не бочее б"о& — б и. =

= 1,2 + 1,7 мы, а внутренние подкрепления (гофры) $>£ (^Ц+О^

Высота охлаждающего тракта в ЖРД, как правило, не пре

ввяает балл & 4,5'+ 2,5мм.

- 8b -

ха{ЭДЛрочной стали марки Ш8Н_Т, ЗОХГСА (см.таблицу 3.2), чис

ло которых по периметру может достигать 350 <*• 550.

Вес сопла в $том случае мохет Сыть определен из ур

где t су-яс » ^росш ~ длина сужающейся и расширяющейся части

сопла соответственно.

2.Конструктивные схемы сопел РДТТ

ВРДТТ сопло представляет самостоятельною конструкцию соединяется во время сборки с камерой двигателя с помощь сварки, переходных колец, специальных фланцев и т.д. Выбор способа крепления сопла определяется сочетанием материалов меры и сошга, размерами двигателя, а также техническими соо жениями.

Отличительной чертой конструкции сопел РДТТ является что они, как правило, не имеют специальной системы охлажде зшгчта же стенок сопла (особенно горловины) осуществляется бором специальных жаропрочных материалов, применением сопло­ вых вкладышей из тугоплавких материалов (таких как вольфра

- 89 -

тантал ; графит ш и? «д.), покрытием внутренних поверхностей со ла специальными аблирующими или термоизоляционными материала­

ми.

Поскольку уже в эскизном проектировании необходимо знат ориентировочны" вес проектируемого сопла, коротко остановимся некоторых рекомендациях по выбору материалов для конструкции сопла и наиболее распространенных схемах сопел.

С4ита:тся, что сопла к двигателям с малым временем рабо­ ты ( I + 5 сек.) целесообразно выполнять штанпо-сварными из мало углеродистой стали марки ст.Ю, ст.20 (ом.таблицу 3.1).

Эти стали недифпцнтны, обладают, по сравнению с жаропроч ми сталями,более высокой (в 2-3 раза) теплопроводностью и благо­ даря этому обеспечивают хорошую эрозионную стойкость сопла.

кие сопла просты по конструкции и технологичны в изготовлени Типовые конструкции таких сопел показаны на рис. 3.10 .

Толщина стенки расширяющейся часзы сопла, как правило, лежит в пределах бст~Ъ*Ъ мм, остальные з&дщины подбираются конструктивным путем из соображения обеспечения достаточной жесткости, прочности, надежности крещения и минимального веса.

Для двигателей с большим временем работы 40 сек. и боле сопло представляет довольно сложную конструкцию,состоящую из отдельных секций и деталей,изготовленных из разных материалов (рис. 3 . I I ) f J i 3 .