Устройство вращающегося жидкостного кольца в полости гидроагрегата Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Параметр Значение

Дросселирова- Номиналь- Предел форсирования =

ние ный режим = 11 %

Тяга двигателя, кгс 7 500 8 000 8 898,5

Соотношение расходов компонентов в камере 5,760 2 5,760 2 5,760 2

Соотношение расходов компонентов в газогенераторе (ГГ) 0,511 67 0,541 6 0,594 56

Удельный импульс двигателя, с 438,1 438,09 438,06

Расход через двигатель, кг/с 17,12 18,261 20,313

Расход продуктов сгорания из ГГ, кг/с 3,622 3,938 6 4,528 8

Давление в камере, кгс/см2 59,972 63,968 71,152

Давление в ГГ, кгс/см2 77,904 84,004 99,24

Перепад давлений на дросселе РСК, кгс/см2 8,197 6,9279 3,985 3

Перепад давлений на дросселе РКС, кгс/см2 9,717 6 7,471 1,771 1

Библиографические ссылки

1. Гахун Г. Г., 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. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005.

© Панченко В. А., Назаров В. П., 2011

УДК 629.7:533.6

И. С. Протевень Научный руководитель - М. В. Краев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

УСТРОЙСТВО ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЖИДКОСТНОГО КОЛЬЦА В ПОЛОСТИ ГИДРОАГРЕГАТА

Рассмотрена гидродинамика вращающегося жидкостного кольца в полости гидроагрегата и его устойчивость.

Гидродинамические узлы по валу высокооборотного гидроагрегата имеют разное конструктивное исполнение, обеспечивая работоспособность всей роторной системы [1]. При вращении ротора жидкость, находящаяся в полости с любым диском (рабочим колесом) так же будет вращаться и давление жидкости возрастет в радиальном направлении [2].

При бесконечно большом числе лопаток с одной стороны диска, жидкость в межлопаточном пространстве будет вращаться как твердое тело с окружной скоростью. Уравнение равновесия элементарного объема жидкости, расположенного в межлопаточном пространстве на радиусе Я толщиной ёЯ в системе координат скрепленной с этим объемом запишем в виде

ёр - gж ®ж яёя = 0.

Второй член левой части уравнения составляет величину центробежной силы обуславливающей вращающееся жидкостное кольцо с границей раздела фаз (жидкость-газ). Проанализируем устойчивость границы раздела фаз, т. е. режим, при котором жидкость потечет по стенкам полости гидроагрегата под действием гравитационной, а в случае нахождения гидроагрегата на летательном аппарате и инерционной сил. Действием газа в газовой полости пренебрегаем.

Гравитационные эффекты становятся значительными при низких скоростях вращения вала и наибольшее влияние оказывают в случае взаимно пер-

пендикулярного положения вектора угловой скорости и вектора гравитационных и инерционных сил.

Ускорение летательного аппарата будет так же стремиться разорвать зону раздела фаз и наибольшее влияние будет оказывать при одинаковом направлении с вектором сил гравитации.

Для элементарной массы вращающейся жидкости ёт величина силы, с которой жидкость будет стремиться к центру вращения, определится при одинаковом направлении гравитационного ускорения g и ускорения у ЛА.

= ёт(} + g).

С другой стороны, центробежная сила, действующая на массу ёт:

ё$2 = ёто>2жЯг = ёт®2 ф2жЯг.

Устойчивое положение поверхности раздела двух фаз будет при условии

ёт®2флЯг > ёт(у + g).

Отсюда наименьшая величина угловой скорости, при которой граница раздела фаз устойчива:

,У( g+у) ФлТя;'

Секция ««ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯЛА И КА»

График границы устойчивого вращения жидкостного кольца:

I - область устойчивого жидкостного кольца; II - область разрушающегося жидкостного кольца

На рисунке представлена зависимость, которая хорошо согласуется с экспериментальными данными, полученными на воде при испытании диска с лопатками, при горизонтально расположенной оси вращения (j = 0). Область устойчивого жидкостного кольца в диапазоне практически приемлемых типоразмеров дисков находится выше границы 15-20 рад/с.

Библиографические ссылки

1. Краева Е. М. Высокооборотные насосы аэрокосмических систем малого расхода : моногр. ; Сиб-ГАУ. Красноярск, 2005.

2. Ketola H. N., Megrew J. M. Theory of the partially welled rotating disk. The British Hidromechanics Research association. Granfield, april, 1967. H. 4. Р. 69-94.

© Протевень И. С., Краев М. В., 2011

УДК 621.43:532.562

И. С. Протевень, Д. В. Майоров Научный руководитель - Е. М. Краева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ВИХРЕВАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ ПРИ ОБТЕКАНИИ ВЫСТУПОВ И ВПАДИН ЦЕНТРОБЕЖНОГО РАБОЧЕГО КОЛЕСА

Рассмотрены параметры вихревых струй сформировавшихся в каналах рабочего колеса насоса.

Турбулентное движение является хаотическим. В хаотичности заключается основное свойство такого движения. Одно из основных признаков турбулентных течений заключается в том, что скорость в любой данной точке потока зависит от времени. Хотя это условие является необходимым, его недостаточно для определения турбулентного движения. Приведена фотография [1] турбулентного течения при обтекании квадратного выступа.

Изображенное плоское течение имеет две области отрыва, которые расположены симметрично спереди выступа и за ним и в которых образуются большие рециркуляционные вихри. В углах существуют последовательности меньших и более слабых вихрей.

В неоднородной пристеночной турбулентности на внешней границе вязкого подслоя происходят спонтанные разрушения структуры течения. Значительная завихренность, образовавшаяся на стенке развивается в отчетливо выраженные продольные

вихри, которые затем уносятся из пристеночного подслоя и переносят с собой количество движения во внешнюю область.

Картина течения между вращающимися РК с торцовыми лопатками и гладким корпусом довольно сложна [2]. Жидкость, находящаяся в области каналов, подвергается непосредственному силовому воздействию лопаток. Жидкость в осевом зазоре закручивается за счет сил трения и проскальзывает относительно лопаток РК. Таким образом, на одном и том же радиусе частицы жидкости в канале и осевом зазоре движутся с различной скоростью, что приводит к относительному перемещению их в радиальном и осевом направлениях. В области лопаток имеется радиальное течение в направлении к периферии.

Поскольку коэффициент закрутки потока ф < 1, то всегда имеет место относительное движение жидкости и лопаток РК, что непременно приводит к образованию в каналах РК циркуляционной зоны, как следствие обтекания потоком впадин. Известно, что при течении жидкости в канале за плохо обтекаемым телом (в нашем случае каналы и лопатки РК) возникают отрывные течения [3]. Отрывное течение характеризуется образованием возвратных потоков и вихрей. Этот процесс в большей мере определяется отношением глубины впадины h к ширине Ь, толщиной пограничного слоя на стенке перед впадиной и относительной высотой стенок паза. Взаимодействие между струей и жидкостью в канале приводит к появлению циркуляционного течения в зоне за выступом.

Таким образом, одной из характеристик вихревой зоны в канале центробежного РК является отношение