Файл: Аксентьев С.Т. Сопла ракетных двигателей учеб. пособие.pdf

-79 -

скривой яосгоякяой ТЯГИ.

Рис. 3.4.

На рис.3,5 приведено сравнение длин контуров различны типов сопел. Из этого рисунка можно сделать вывод, что оп ное сопло с угловой точкой дает выигрыш не только в тяге

в габаритах и весе.

Однако технологические трудности изготовления и опас­ ность срыва потока около угловой точки приводят к необхо мости выполнять гоото сопла с небольшим округлением. Радиу

округления стремятся по возможности делать наименьшим как

:

правило. Яскр

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.