10. Проектировочный прочностной расчет узлов камеры сгорания

Цель расчета состоит в определении толщин основных элементов камеры:

• днищ форсуночной головки;

• наружной оболочки цилиндрической части камеры.

Исходными данными расчета являются геометрические размеры проточной части камеры и параметры газового потока:

• ампа

Используется допущение – все расчеты выполняются без учета краевого эффекта, а рассчитываемые элементы работают в области упругих деформаций.

1. Определение толщины наружной оболочки цилиндрической части камеры

Толщина наружной оболочки цилиндрической части камеры определяется для номинального режима работы двигателя без учета краевого эффекта по безмоментной теории прочности. Внутренняя оболочка работает в области пластических деформаций, т.к. ее температура значительно выше, чем у наружной. Поэтому ее деформации стесняются наружной оболочкой.

В целях упрощения расчета считается, что внутренняя и наружная оболочки равномерно нагреты по толщине до температуры охладителя связи между оболочками считаются абсолютно жесткими. Это позволяет рассматривать двухстенную оболочку как одностенную двухслойную.

Толщина наружной стенки определяется из выражения

где – коэффициент запаса прочности;

– предел прочности материала наружной оболочки, для стали при температуре

– погонные силы (отнесенные к единице длины) в меридиальном и окружном направлениях соответственно;

– толщина внутренней стенки;

– нагрузки, передаваемые от внутренней оболочки к наружной.

Для материала внутренней стенки – сталь при температуре

Тогда толщина наружной стенки равна

2. Расчет наружного сферического днища

Сферическое днище имеет меньший вес и длину, чем газовод. Кроме того, большой объем между сферическим и огневым днищами исключает необходимость применения перфорированной решетки для выравнивания давления перед форсунками.

Наружное днище рассчитывается как тонкостенная оболочка вращения, нагруженная внутренним давлением. Меридиональные и окружные напряжения по толщине днища неизменны и равны причем . Следовательно, днище рассчитывается по безмоментной теории.

В месте крепления днища к силовому кольцу имеют место изгибающие напряжения в материале сварного шва, для уменьшения которых толщина силового кольца в указанной зоне принимается равной толщине сферического днища. Для этого же силовое кольцо и днище выполняются из пластического материала .

Толщина сферического днища определяется из выражения

где – коэффициент запаса прочности днища;

– наружный радиус сферического днища, который равен

( – внутренний радиус камеры сгорания, – толщина внутренней стенки, – высота оребрения, – толщина наружной стенки);

– давление газов на внутреннюю поверхность сферического днища

– предел прочности материала сферического днища.

Для материала , при температуре

Тогда толщина сферического днища равна

3. Расчет среднего и внутреннего («огневого») днищ

Внутреннее днище испытывает нагрузку от перепада давления, равную

Через припой и форсунки она передаётся на среднее днище. Эта нагрузка в паяных соединениях вызывает напряжения среза и изгибные напряжения в днищах. Ширина паяных соединений в местах крепления форсунок может быть определена без учета крепления внутреннего днища к силовому кольцу по формуле

где – радиус камеры сгорания;

– радиус форсунки;

– количество форсунок;

– перепад давления на форсунках;

– коэффициент запаса прочности припоя;

– допустимые касательные напряжения для марки припоя Г70НХ при .

Тогда ширина паяных соединений равна

Толщина среднего днища без учета связи с внутренним днищем определяется из выражения

где – коэффициент запаса прочности среднего днища;

– предел прочности материала среднего днища.

Для материала Х17Н5М3 при температуре

Тогда толщина среднего днища равна

Толщина внутреннего днища принимается равной толщине среднего днища

В настоящее время среднее днище, как правило, выполняется сферически, что обеспечивает его повышенные прочностные характеристики и исключает необходимость его жесткой связи с наружным сферическим днищем.