Расчет охлаждения камеры двигателя

Особенности охлаждения камеры сгорания ЖРД

Защита стенок камеры от перегрева - одна из самых важных и сложных проблем ракетной техники.

Сложность проблемы защиты стенок современных камер ЖРД связан тем, что продукты имеют высшие температуры порядка 3500-4500 К, высокое давление и скорость движения 1000-1300 м/с. Разность температур между поверхностями стенок, несмотря на малую ее толщину, может достигать огромных величин. Между газом и стенкой возникает интенсивный теплообмен, способный при недостаточной защите быстро нагреть стенку камеры сгорания до температуры, близкой к температуре газов. В соответствии с основными понятиями теории теплообмена, тепловой поток q, передаваемый от газа к стенке в общем случае складываются из конвективного q_K и лучистого qj, тепловых потоков:

Максимум теплового потока, главным образом из-за влияния лучистой части достигается в дозвуковой части сопла, вблизи критического сечения. Характер распределения и величина суммарного теплового потока в основном определяются конвективной составляющей. Наиболее напряженным местом является входная часть сопла и особенно область критического сечения, которая имеет максимальный тепловой поток и поэтому нуждается в наибольшей защите. Максимальная численная величина теплового потока в критическом сечении в основном определяется, так же, конвективной составляющей.

Наименее напряженный участок — срез сопла. Здесь тепловые потоки могут составлять 0, 1 и меньше от потоков в критическом сечении. Поэтому теплозащита среза сопла может быть облегченной. Тепловые потоки в камере сгорания могут составлять 0, 3-0, 5 и более от потоков в критическом сечении, и она по теплозащите может занимать близкое положение к критическому сечению. Поэтому теплозащита здесь должна быть достаточно мощной.

Разрушение стенки камеры сгорания и сопла обычно происходит в виде размягчения материала или его выгорание, окисление материала или его оплавление, эррозии материала или его размывание потоком.

Несмотря на большое разнообразие схем защиты стенки камеры сгорания в ЖРД, наиболее распространенным методом защиты является проточное наружное охлаждение совместно с внутренним.

Для охлаждения необходимо применять один из компонентов топлива, так как наличие на борту Л А специального охладителя нерационально.

На организацию охлаждения влияет тип или род топлива, в проектируемом двигателе для охлаждения применен керосин. Применение кислорода как охладителя не приемлемо. Это обусловлено повышенной активностью металлов с кислородом, как окислителем. Опасность применения кислорода обусловлена так же тем, что кислород при нагревании испоряется и создает пробки в охлаждающем тракте, которые не проталкиваются в камеру, и поэтому, возрастает нагрузка на ТНА. Все это и обуславливает применение керосина как охладителя.