WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 28 | 29 || 31 | 32 |   ...   | 65 |

4 – штуцер подвода окислителя; 6 – сопло; 7, 8, 9 – крепеж Рис. 2. Газодинамический профиль камеры сгорания и сопла Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Технические характеристики двигателя ДМТ МАИ–500ВПВК Параметр Значение Компоненты топлива 96 % Н2О2 + керосин Тяга двигателя 500 Н Максимальная длительность включения 90 с Удельный импульс в вакууме 290 с Давление в камере сгорания 1 Мпа Степень расширения сопла по давлению 1 Минимальная длительность импульса 50 мс Суммарная масса 2,5 кг Длина двигателя 350 мм Давление на входе в клапаны Не более 1,5 Мпа Напряжение электропитания клапанов 27±3 в Год разработки 2008–Конструкция смесительной головки. Для прове- в подводящие к камерам закручивания малоразмердения исследовательских работ, связанных с оптими- ные тангенциальные каналы центробежных форсунок.

зацией смесеобразования и воспламенения несамо- Ввиду технологических ограничений форсунки горювоспламеняющихся компонентов топлива выбирают чего сделаны составными.

тип и количество смесительных элементов, схемы их Пластинчатые головки имеют очевидные преимурасположения на плоскости форсуночной головки, щества по сравнению с другими конструкциями:

организацию завесного охлаждения, способ и конст- 1) обладают малым объемом заклапанных полосруктивное оформление системы воспламенения топ- тей, что обеспечивает лучшие динамические качества ливной композиции и др.

двигателя;

Смесительная головка была сделана съемной.

2) реализуется упрощенная технология изготовлеВ головке предусмотрены регуляторы для распредения двухкомпонентных центробежных форсунок, ления компонентов топлива в форсунки на центральобычно по схеме 1+6; 1+6+12;

ную зажигательную часть и завесу.

3) обеспечивается надежная герметичность полосОсновной проблемой организации рабочего протей О и Г, благодаря технологии пайки в вакууме;

цесса в ЖРДМТ является малый объем камеры сгора4) сравнительно просто обеспечивается организания, в котором трудно совместить качественный расция низкоперепадной завесы.

пыл и смешение компонентов с не менее качественБыли проведены технологические испытания гоной защитой стенок от высокотемпературных продукловки с целью проверки технологии пайки и прочнотов сгорания. Равномерное распределение компоненсти припоя форсунок.

тов топлива по сечению камеры сгорания реализуется После пайки полученный блок пластин испытывапри большом количестве смесительных элементов.

ется на герметичность, затем вставлялся в корпус гоОднако для ЖРДМТ нецелесообразно снижать расход ловки и приваривался по краю (рис. 5).

на одну ступень форсунки ниже 2 г/с, так как при маГидравлические испытания. Во время гидравлилых размерах проточной части форсунки погрешноческих испытаний, которые осуществлялись на стенсти технологических процессов изготовления начидах МАИ, проверялись герметичность между пластинают существенно влиять на ее характеристики.

Форсунка горючего является внутренней ступенью, нами головки, качество изготовления смесительных элементов, отсутствие запаянных каналов в результаа форсунка окислителя – внешней ступенью. Исходя те пайки пластин, полная функциональность регуляиз этих соображений в качестве основного варианта торов расходов компонентов, а также получали расбыла выбрана семифорсуночная головка c двухкомходные характеристики ступеней форсунок, завесы понентными центробежными форсунками, с цени гидроопрессовки двигателя перед огневыми испытральной форсункой-зажигателем.

таниями.

Система зажигания основана на разложении ВПВ Результаты использовались для дальнейшей нана твердом катализаторе с последующим впрыском стройки огневого стенда на проектные значения сооткеросина в продукты разложения.

ношения компонентов, суммарного расхода и оптиОбщий вид смесительной головки показан на рис. 3.

мизации расхода окислителя на завесное пленочное Соединение пластин (рис. 4) с соответствующей герметизацией полостей окислителя и горючего вы- охлаждение.

Для расчета расходов компонентов на каждой полняется посредством пайки по шаблонам в вакууме.

В процессе изготовления двигателя применена техно- форсунке и расхода на завесу посегментно было спрология пайки пластин, исключающая затекание припоя ектировано и изготовлено специальное устройство.

Авиационная и ракетно-космическая техника Рис. 3. Конструкция смесительной головки ЖРД МТ:

1 – устройство зажигания; 2 – уплотнение на устройстве зажигания; 3 – входные штуцеры; 5 – крышка; 6 – распределительная пластина; 7 – распределительная пластина окислителя; 8 – распределительная пластина горючего;

9 – корпус головки; 10 – пластина горючего; 11 – пластина окислителя (системы регулирования расхода на завесу и системы регулирования компонентов на рис. не показаны) Рис. 4. Набор пластин Рис. 5. Камера сгорания и головка двигателя для форсуночной головки ДМТ МАИ-500ВПВК  Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Это дало возможность получить функциональные Были проведены комплексные испытания, в резависимости между величинами входных давлений зультате которых получены данные о качестве распыи соответствующих расходов компонентов топлива: ла для различных режимов работы головки (рис. 8).

Полученные результаты соответствуют теоретиче mг _ i = f ( pвх,г ); mо _ i = f ( pвх,о ), ским представлениям о зависимости мелкости распыла от геометрических характеристик форсунок и па где mг _ i, mо _ i - расходы горючего и окислителя для раметров режима работы.

каждой форсунки; pвх,г, pвх,о - входные давления горючего и окислителя.

На форсунки внутреннего смешения при совместной работе ступеней оказывает влияние расходные характеристики индивидуально работающих ступеней. Поэтому проливаются как отдельно работающие ступени форсунок окислителя и горючего, так и вся головка при совместной их работе.

Качество распыла смесительной головки было оценено с помощью экспериментальной установки на базе анализирующего прибора Malvern Spraytec, состоящего из смесительной головки ЖРДМТ, системы подачи компонента в смесительную головку ЖРДМТ, устройства сбора распыленного компонента и самого Рис. 8. Результаты распыла компонентов для смесительной прибора (рис. 6, 7). Анализирующий прибор «Malvern головки двигателя ДМТ МАИ-500 на анализаторе Spraytec» представляет собой оптическую измериMalvern Spraytec тельную систему, реализующую эффект дифракции света на каплях распыленной жидкости.

Таким образом, спроектирован и произведен ЖРДМТ тягой 500 Н, работающий на компонентах высококонцентрированной перекиси водорода и керосине.

Проведены гидравлические испытания смесительных головок. Определены расходные характеристики форсунок по линии окислителя и горючего.

По результатам гидравлических испытаний выбраны рабочие параметры смесеобразования, являющиеся основой для программы огневых испытаний.

Библиографические ссылки 1. Козлов А. А., Абашев В. М. Расчет и проектирование жидкостного ракетного двигателя малой тяги.

М. : МАИ, 2003.

Рис. 6. Испытания распыла головки двигателя 2. Kozlov A. A., Abashev V. M., Hinckel J. N. OrДМТ МАИ-500 на анализаторе Malvern Spraytec:

ganization of the working process in the small thrust en1 – вентиль подачи О; 2 – вентиль подачи Г; 3 – система gine LRESTh MAI-200 // 52-nd International Astronautiизмерения давления в магистралях подачи и расходов;

4 – закрепленная смесительная головка cal Congress (October 1–5, 2001) Toulouse, France.

3. Kozlov A. A., Abashev V. M, Mordovin V. Z. The development of thrusters with lamellar mixing head, guaranteed high combustion efficiency of propellant // Chinese-Russian-Ukrainian workshop on space propulsion (September 17–19, 2002). Xian, China.

4. Kozlov A. A., Abashev V. M, Mordovin V. Z., Basanova I. A. Investigation of the working process in liquid rocket engine of small thrust at high concentration hydrogen peroxide with kerosene or alcohol with catalyst // Chinese-Russian-Ukrainian workshop on space propulsion (September 17–19, 2002). Xian, China.

5. Зрелов В. Н., Серегин Е. П. Жидкие ракетные топлива. М. : Химия, 1975.

6. Воробьев А. Г. Математическая модель теплоРис. 7. Испытания распыла головки двигателя вого состояния ЖРД МТ // Вестник МАИ. 2007. Т. 14, ДМТ МАИ-500 на анализаторе Malvern Spraytec № 4. С. 42–49.

Авиационная и ракетно-космическая техника A. G. Vorobiev, I. N. Borovik, S. Ha DEVELOPING LRE OF LOW THRUST USING PROPELLANTS:

STRONG HYDROGEN PEROXIDE WITH KEROSENE The paper is devoted to development of liquid rocket engine of low thrust which expends propellants: strong hydrogen peroxide with kerosene. The paper includes technical description of the engine, the main engine parameters and results of hydraulic test.

Keywords: LRE of low thrust, strong hydrogen peroxide.

© Воробьев А. Г., Боровик И. Н., Ха С., УДК 621.45 – 181.4:629.М. В. Краев РАСЧЕТ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕЙ РЕШЕТКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА* С учетом конструктивных особенностей проточной части рабочей решетки центробежного насоса проанализировано обтекание профилей лопаток потока вязкой жидкости. Выполнен гидродинамический расчет параметров рабочей решетки.

Ключевые слова: гидродинамика, центробежный насос, поток, профиль, лопатка, рабочая решетка, пограничный слой.

Входные кромки лопаток рабочего колеса (РК) Выражение для касательного напряжения на огцентробежного насоса (ЦБН) оказывают подторма- раничивающих поверхностях рабочей решетки РК живающее действие на поток, а, следовательно, его определим, воспользовавшись табличной функцией формирование. Пограничные слои, образующиеся на f2 x работы [1]:

( ) поверхностях входной кромки, не только управляются ** потоком, но и оказывают на него обратное влияние z f2 x =. (1) ( ) W(x) через толщину вытеснения * и потери импульса ** (рис. 1). Для определения этого влияния рассмотрим Согласно [1] скорость потенциального течения в составляющие сил, действующих на входную кромку ядре потока в решетке профилей можно записать в лопатки и их удельный вклад в баланс потерь энергии виде при течении вязкой жидкости в рабочей решетке W(j) = Cjm, (2) ЦБН.

где С и m – постоянные величины, здесь m = =. (3) 2 - 2 - При формировании входной кромки лопатки, совместимой с осью Y ( = 1л), 1л m =. (4) 2 -1л Для лопатки на расстоянии, равном 1, от входной кромки, при j = 1; W(j) Wк имеем Wк C =, (5) m и выражение (2) получим в виде Рис. 1. Расчетная схема обтекания входной кромки лопатки Wк потоком вязкой жидкости:

W(j) = jm. (6) m 1 – ламинарный пограничный слой; 2 – спутное течение *Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009–2013 годы» (ГК № П231 от 23.04.2010).

Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Величина касательных напряжений при обтекании Решив уравнение для напорной стороны лопатки, решетки профилей входной кромки, согласно выра- получим значение силы трения:

жению (1), с учетом (6) будет составлять l 3m+2f( ) Wк3ml x Fx = dx =, (12) f( )W j m 01 x ( ) 3m +1 l 01 =, (7) ( ) к ** или ** где 1 – толщина потери импульса, которую выра2f( ) Wк3ml Fl =. (13) зим в виде [1]:

3m +( ) dj ** 1 =. (8) ( ) Следует отметить, что конечная толщина лопатки dW j ( ) и параметры ее входной кромки не только формируют поток на входе рабочей решетки профилей, но и окаТогда выражение (7) получим в виде зывают на него подтормаживающее действие за счет 2m силы реакции F и стесняющее действие за счет Wк2 j dW( j) 1 конечной толщины л с суммарной площадью лопа 01 = f2, (9) ( ) ток на входе, соизмеримой с проходным сечением dj решетки.

или Полную силу F, действующую на поток со сторо3m-( ) ны кромки, можно разложить на две составляющие:

01 = f( )Wк3mj 1.

FN – нормальную к входной кромке и F – касательную, которая представляет собой силу трения, опреИнтегрированием выражения (9) получим значеделяемую вязкостью жидкости. Сила FN вычисляется ние силы трения по кромке лопатки рабочей решетки:

согласно закону распределения давления вдоль входной кромки лопатки величиной 1:

j 2f( ) Wк3m1 j.

F( j) = dj = (10) 01 j ( ) 3m +1 ( ) FN = Pdj. (14) Величина силы трения, определяемая вязкостью Для определения силы FN (рис. 1), нормальной к жидкости по входной кромке лопатки длиной 1, бувходной кромке лопатки, согласно выражению (14) дет иметь вид имеем:

2f( ) Wк3m1 1 F1 =. (11) FN = Pdj = P1 - Pк dj +Pк1. (15) ( ) 3m +( ) 0 При различной кинематической вязкости от Запишем уравнение энергии потока в рабочей решет0,7·10–6 м2/с до 1·10–4 м2/с и плотности сила трения ке в виде вдоль входной кромки лопатки возрастает и тем больше, Wк2 -W чем выше вязкость рабочей жидкости (рис. 2). ( ) P1 - Pк = = (16) 2m Wкjm Wк j Wк = - = 1-, m 2 2 тогда 2m Wкj FN = 1- dj + Pк1 = 2 (17) 2m Wк2 j Wк2 2m = 1- dj + Pк1 = 1.

22 2m + Ламинарный пограничный слой, образовавшийся на входной кромке лопатки величиной 1, затем стекает к тыльной поверхности и распространяется по длине канала аналогично плоскому спутному потоку (рис. 1). Ламинарное спутное течение, как правило, неустойчиво, так как в нем профили скоростей имеют Рис. 2. Изменение параметров пограничного слоя рабочей точку перегиба и поэтому оно переходит в турбулентрешетки профилей вдоль входной кромки лопатки ное [1; 2].

Авиационная и ракетно-космическая техника Экспериментальные данные по изучению картины Для основного участка спутного потока приниматечения в РК [3] показывают, что даже в высокоэф- ем, что профиль скорости состоит из отрезков профифективных РК имеется зона отрыва, которая к выходу лей струйного пограничного слоя и пограничного слоя на стенке, причем сопряжение этих профилей из РК распространяется на 15–30 % по шагу канала.

Спутная струя вдоль тыльной стороны лопатки харак- осуществляется на границе пристеночного слоя при теризуется в [4] постоянным значением скорости Wсп y = 1. Для турбулентного на стенке погранично( ) по шагу с величиной 20–30 % от среднерасходной го слоя принятое распределение скоростей подчиняскорости основного потока.

ется закону «одной седьмой» Анализ фотографий и визуализация течений по тыльной стороне лопатки РК ЦБН позволили уточW(x) y нить картину течения и создать расчетную модель, =, (19) W(к) y ( ) позволяющую оценить границы спутного потока и учесть его влияние в общем балансе потерь энергде Wк – скорость на границе пристеночного пограгии [3].

Pages:     | 1 |   ...   | 28 | 29 || 31 | 32 |   ...   | 65 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.