4 Профилирование внутреннего контура камеры

4.1 Определение объема камеры сгорания и ее основных геометрических размеров

Ввиду сложности рабочего процесса, происходящего в КС, еще не создано последовательного теоретического метода расчета потребного объема V_к обеспечивающего полное сгорание топлива, поэтому для его определения воспользуемся эмпирической зависимостью.

,

где - характерное время пребывания продуктов сгорания в камере;

- плотность продуктов сгорания (по ядру потока).

Значение τ_п, обеспечивающее высокую полноту сгорания, зависит от системы смесеобразования, природы топлива и параметров рабочего процесса в камере, ее размеров. Определяется экспериментально и находиться в пределах τ_п = 0,0015...0,005 с (большим соответствуют меньшие τ_п) [1]. Для данного топлива возьмём τ_п = 0,0013 с.

Определим плотность продуктов сгорания на входе в сопло:

,

кг/кмоль – берется из справочника [1]. Получаем:

;

Для камер сгорания цилиндрической формы относительная площадь , в зависимости от относительной расходонапряженности и расходного комплекса , определяется при проведении термогазодинамических расчетов (значения F_к и D_к=D_гол, могут корректироваться в незначительных пределах при проектировании смесеобразования). При известной величине F_к - длина цилиндрической части L_ц определяется по ее объему V_ц: ,

где V_сж — объем сужающейся дозвуковой части сопла.

Значение V_сж подсчитывается, исходя из геометрических соотношений по выбранному профилю сужающейся части сопла Лаваля:

,

где - угол раствора.

Примем .

м³;

м³.

Определим длину цилиндрической части камеры сгорания по объему и площади сечения:

Отношение длины цилиндрической части к её диаметру:

.

Радиус скругления профиля критической области сопла:

.

Исходя из условий сопряжения для придания соплу плавных очертаний выбираем:

;

м=66,58мм.

Входной канал сопла целесообразно очерчивать плавно сопряженными кривыми с радиусом на входе . Из условий сопряжения выбираем:

=;

=1,00,07550 = 0,07550 м=75,5мм.

4.2 Профилирование контура сверхзвуковой части сопла

Для построения контура расширяющейся сверхзвуковой части сопла используем приближенный метод, основанный на результатах решения вариационной задачи о нахождении оптимального контура сопла [2]. Безразмерную длину сверхзвуковой части сопла определим с помощью выражения:

;

где

Тогда:

.

Длину сверхзвуковой части сопла определим с помощью выражения:

По зависимости из методических указаний [3], для рассчитанных иопределим углы наклона контура на входе в закритическую часть сопла и на срезе сопла

По полученным геометрическим характеристикам, используя указания [3], построим профиль камеры двигателя (рисунок 6).

5 Определение подогрева рабочего тела в тракте охлаждения камеры. Влияние неадиабатности процесса

5.1 Подогрев рабочего тела в тракте охлаждения

В качестве охладителя будем использовать горючее – жидкий водород. Это обусловлено высокой газовой постоянной данного компонента.

Определим по чертежу (рисунок 6) эффективные углы наклона дозвуковой и сверхзвуковой частей сопла и:

Количество тепла, отводимого от 1 кг продуктов сгорания на цилиндрическом участке камеры:

,

где - относительная длина камеры сгорания;

;

- плотность теплового потока в области критического сечения.

Для данного топлива, используя приложение 2 из [3], определим .

Тогда:

.

Количество тепла, отводимого от 1 кг продуктов сгорания на участке сопла:

Жидкий водород – криогенное горючее, поступающее в тракт охлаждения при Т_кип = 20 К. В тракте охлаждения все тепло идет на фазовый переход жидкого водорода в газообразный водород и нагрев части водорода. Поэтому температура компонента на выходе из тракта охлаждения при наличии фазового перехода: ,

где - подогрев компонента при фазовом переходе,

;

- теплота парообразования,

- температура кипения компонента,

- изобарная теплоемкость компонента,

- количество компонента в тракте охлаждения на 1 кг продуктов сгорания.

Выпишем из [4] необходимые параметры жидкого водорода:

Тогда:

К.