CC BY
146
Секция «Двигательные установки и системы терморегулированияЛА и КА»
высокого давления 6 и полостью низкого давления 7 тонкостенная втулка подвергается воздействию давления на наружный диаметр. Возникающие сжимающие распределенные нагрузки на свободный конец Ь-образного корпуса втулки приводят к уменьшению радиального зазора на выходе из щелевого уплотнения, вследствие чего уменьшается и площадь проходного сечения между втулкой и ротором. При этом образуется конфузорная поверхность уплотнения, увеличивающая стабильность вращения вала ротора.
Схема щелевого уплотнения с деформируемой втулкой
При росте перепада давления на щелевом уплотнении растет сжимающая нагрузка на наружную поверхность втулки. Сжатие втулки с малой конусностью приводит к уменьшению радиального зазора между валом и уплотнением. Уменьшение зазора происходит при сохранении сопряжения торцевой
поверхности втулки и упорной втулки 5. При критическом перепаде давления образуется зазор между свободным концом тонкостенной втулки 2 и упорной втулкой 5. Происходит протекание уплотняемой среды из кольцевой полости и снижение перепада давлений между полостями, что препятствует зажатию вала ротора 1 в деформируемой втулке 2.
Использование предложенного конструктивного решения узла уплотнения с Ь-образной деформируемой втулкой позволяет простыми средствами и в значительном диапазоне нагрузок изменять характеристики уплотнительного узла, снизит протечки, а так же позволяет обеспечить высокую гидростатическую жесткость уплотняемой среды, при работе ТНА на высококипящих компонентах.
Конструкция щелевого уплотнения с деформируемой втулкой может найти широкое применение в тур-бонасосных агрегатах для повышения общего КПД, уменьшения утечек и улучшения конструкции.
Библиографические ссылки
1. Иванов А. В., Коробченко В. А., Шостак А. В. Конструкция и проектирование уплотнений проточной части насосов и турбин ТНА ЖРД : учеб. пособие. Воронеж. гос. техн. ун-т. Воронеж, 2005.
2. Мельников В. А. Щелевое уплотнение ротора. Патент РФ № 2167355. 2001.
© Сулейманов Р. И., Назаров В. П., 2011
УДК 533.6.011.72
А. И. Укачиков, И. М. Петров Научный руководитель - А. В. Пекарский ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Красноярск
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ КАМЕР РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ЩЕЛЕВОЙ СМЕСИТЕЛЬНОЙ ГОЛОВКОЙ
Рассматриваются особенности конструкции и перспективы применения камер ракетных двигателей с высокоэффективной щелевой смесительной головкой.
В настоящее время рынок космических пусковых услуг наиболее динамично развивается в секторе доставки космических аппаратов (КА) на высокоэнергетические околоземные орбиты: геостационарные (ГСО), геопереходные (ГПО), высокоэллиптические (ВЭО) и высокие круговые орбиты с периодом обращения до 12-24 часов. Эти орбиты являются актуальными для запусков телекоммуникационных и навигационных космических аппаратов, а также аппаратов для дистанционного зондирования Земли.
Кроме того, в последние годы вновь стали востребованы отлётные траектории, по которым в первые десятилетия космической эры уходили от Земли автоматические межпланетные станции и космические зонды для исследования солнечной системы. Значительная часть указанных выше КА выведена на эти орбиты разгонными блоками различной модификации -надежными средствами межорбитальной транспортировки.
Создание разгонного блока с повышенными энергетическими характеристиками для выведения перспективных космических аппаратов на высокие орбиты, является основной задачей перед разработчиками средств выведения КА. Наиболее эффективным путем повышения энергетических характеристик разгонного блока является совершенствование конструкции маршевого двигателя, а также применение перспективных высококалорийных горючих для увеличения массы полезного груза, выводимого на ГСО.
Узлом, определяющим основные характеристики ЖРД, является камера сгорания. Сложность создания камеры сгорания с совершенными техническими характеристиками связана с исключительно напряженным рабочим процессом в камере. В современных камерах сгорания выделение тепла в единице объема в сотни раз больше, чем в любых других тепловых машинах. В этих условиях время пребывания топлива в камере сгорания составляет несколько тысячных се-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
кунды [1]. Чтобы сжечь топливо с достаточной полнотой сгорания, необходима специальная, специфическая для камеры сгорания ЖРД подготовка топлива.
Головка камеры двигателя является главным узлом, обеспечивающим правильную организацию смесеобразования в камере сгорания. Конструкция головки должна обеспечивать устойчивое горение в камере, а также способствовать плавному выходу двигателя на режим и уменьшению импульса последействия [2].
Для обеспечения быстрого сгорания топлива необходимо, чтобы в каждой элементарной площадке поперечного сечения камеры образовывалась топливная смесь при оптимальном соотношении между горючим и окислителем. Необходимость равномерного распределения топлива при оптимальном его составе диктуется тем, что в условиях камеры ракетного двигателя крупномасштабная неравномерность не может вырав-ниться в ограниченных габаритах камеры сгорания из-за недостаточной турбулентности газового потока и топливо сгорает при неоптимальном соотношении компонентов [3].
Высокая полнота сгорания и устойчивый процесс горения в камере достигаются применением смесительной головки щелевого типа.
Щелевая смесительная головка камеры обеспечивает равномерное распределение компонентов топлива по сечению головки, их смешению и подачи в камеру.
Смесительная головка щелевого типа представляет собой кольцевые газовые каналы, длина которых выбрана из условия выравнивания поля скоростей, образующегося после входа окислительного газа в головку камеры сгорания. Отличается от форсуночной головки увеличенной в несколько раз проницаемостью газового тракта. Это дает возможность даже в камерах с увеличенной расходонапряженностью получать в газовых каналах смесительной головки повышенную скорость движения газа. При такой скорости газа происходит устойчивое и практически полное сгорание струй горючего, подаваемых в сносящий поток окислительного генераторного газа.
При применении смесительной головки щелевого типа в кольцевых газовых каналах достигается практически равномерное распределение горючего по сечению. Поэтому и в пристеночном слое камеры образуется достаточно однородное течение, состав продуктов
сгорания в котором на всей огневой поверхности камеры соответствует оптимальному массовому соотношению компонентов, при котором работает камера. Тем самым обеспечивается практически одинаковая тепловая нагрузка по всем образующим камеры. Это также определяет преимущество головки щелевого типа перед форсуночными головками, которые образуют в пристеночном слое дискретное распределение концентрации топлива и тепловой нагрузки.
Проведённые проектные исследования и специальные огневые испытания на экспериментальных экземплярах показали, что с учётом применения в двигателе высокоэффективной «щелевой» смесительной головки имеется возможность путём коренного улучшения рабочего процесса в его камере сгорания ликвидировать потери удельного импульса тяги, связанные с организацией завесного охлаждения огневой стенки камеры горючим, и, как следствие, резко повысить энергетические характеристики двигателя. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод что применение в конструкции камеры сгорания смесительной головки щелевого типа позволит избавится от завесного охлаждения огневой стенки.
Таким образом, применение щелевой смесительной головки для совершенствования процессов смесеобразования позволяет кардинально улучшить основные параметры камеры сгорания, что приведет к росту эффективности всего ракетного двигателя.
Библиографические ссылки
1. Баулин В. И., Володин В. А. и др. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей : учебник : под общ. ред. проф. Г. Г. Гахуна. М. : Машиностроение, 1989.
2. Добровольский М. В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования : учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. / под ред. Д. А. Ягоднико-ва. М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005.
3. Васильев А. П., Кудрявцев В. М., Кузнецов В. А. и др. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей : учеб. пособие / под общ. ред. В. М. Кудрявцева. М. : Высш. шк., 1967.
© Укачиков А. И., Петров И. М., Пекарский А. В., 2011
УДК 669.713.7
В. О. Фальков Научный руководитель - В. П. Назаров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА
Проведены экспериментальные исследования интенсификации теплообмена на трех экспериментальных участках. При выполнении сравнительного анализа теоретических результатов с экспериментальными использовались следующие сравнительные характеристики: количество переданного тепла; коэффициент теплопередачи. Результаты анализа представлены в графических зависимостях.
В целях проведения сравнительного анализа полученных при интегрировании уравнения энергии по толщине температурного пространственного погра-
ничного слоя аналитических выражений для локальных коэффициентов теплоотдачи прямолинейного равномерного и вращательного течений реализую-
