Основные конструктивные элементы камер ЖРД. Топливные баки 4 page

Наиболее совершенным является сотовое расположение форсунок.

При сотовом расположении количество форсунок окислителя больше количества форсунок горючего. При этом каждая форсунка горючего окружена

шестью форсунками окислителя, в результате чего смесеобразование сравни­тельно с шахматным расположением улучшается. В данном случае образуется столько отдельных пучков капель, сколько единичных групп форсунок распо­ложено на головке камеры.

При сотовом расположении можно иметь лишь вполне определенное количество форсунок горючего и окислителя.

Шахматное и сотовое расположение форсунок можно осуществить, применяя плоскую головку с двумя полостями, расположенными одна над дру­гой. Такая головка обеспечивает примерно одинаковый перепад давлений в форсунках каждого из компонентов топлива.

По конструктивным соображениям в нижнюю полость головки обычно подают тот компонент топлива, который охлаждает камеру двигателя.

При концентричном расположении форсунок, т. е. по поясам головки камеры, форсунки горючего и окислителя между собой чередуются.

Удобство этого способа состоит в том, что при его применении упро­щается подвод компонентов топлива к форсункам. Однако этот способ имеет небольшое применение. Для двигателей с плоской головкой камеры в основ­ном применяют шахматное и сотовое расположение форсунок.

При групповом расположении форсунки располагаются отдельными группами на огневом днище для обеспечения рационального температурно­го поля в объеме камеры ЖРД.

Соответствующим расположением на головке форсунок горючего и окислителя можно защитить оболочку камеры от чрезмерного ее нагрева и прогара, создавая избыток горючего около ее поверхности. В этом случае при­ходится несколько нарушить выбранный принцип чередования форсунок и на периферии головки размещать избыточное количество форсунок горючего, которое могло бы создавать завесу горючего около поверхности оболочки.

Для уменьшения расхода горючего на образование защитной завесы эти периферийные форсунки иногда выполняют с уменьшенным расходом то­плива относительно основных форсунок.

Защитить оболочку от перегрева горючим проще при сотовом распо­ложении. При шахматном расположении форсунок по периферии головки не­обходимо устанавливать форсунки с уменьшенным расходом горючего; если расстояние от крайних форсунок до оболочки камеры будет велико, то около поверхности оболочки образуются мощные конвективные газовые токи, кото­рые будут размывать пристеночный слой горючего, служащий для защиты обо­лочки от перегрева.

Соответствующим расположением на головке форсунок горючего и окислителя можно защитить оболочку камеры от чрезмерного ее нагрева и прогара, создавая избыток горючего около ее поверхности. В этом случае при­ходится несколько нарушить выбранный принцип чередования форсунок и на периферии головки размещать избыточное количество форсунок горючего, которое могло бы создавать завесу горючего около поверхности оболочки.

Для уменьшения расхода горючего на образование защитной завесы эти периферийные форсунки иногда выполняют с уменьшенным расходом то­плива относительно основных форсунок.

Защитить оболочку от перегрева горючим проще при сотовом распо­ложении. При шахматном расположении форсунок по периферии головки не­обходимо устанавливать форсунки с уменьшенным расходом горючего; если расстояние от крайних форсунок до оболочки камеры будет велико, то около поверхности оболочки образуются мощные конвективные газовые токи, кото­рые будут размывать пристеночный слой горючего, служащий для защиты обо­лочки от перегрева.

6.14. Назначение, схемы и конструктивные особенности топливных баков

Топливные баки являются конструктивной составной частью (подсис­темой) пневмогидравлической системы ЖРДУ, Они служат емкостями для размещения компонентов жидкого топлива и осуществления их подачи в каме­ры ЖРД. Топливные баки двухкомпонентных ЖРДУ обычно объединяются в отдельные агрегаты — баковые отсеки.

Основными конструктивными элементами топливных баков являются оболочки (обечайки) и днища, образующие емкость; устройства для сбора топ­лива и ввода газа; заправочные и дренажные горловины; демпферы, разделите­ли и другие устройства.

Конструкция топливных баков зависит от типа и параметров ЖРДУ и особенностей летательных аппаратов, применяемых компонентов топлива, типа системы подачи, числа включений двигателя, максимальной и минималь­ной величин тяги, способов ее регулирования, величин действующих продоль­ных и поперечных перегрузок, невесомости, места размещения баков на лета­тельном аппарате, условий их нагружения и некоторых других специфических особенностей компоновки ЖРДУ на ЛА.

К конструкции топливных баков предъявляется ряд требований:

— размещение (хранение) заданного объема компонентов топлива;

— обеспечение устойчивой подачи компонентов топлива в двигатель при всех допустимых режимах полета и колебаниях топлива в баках;

— обеспечение минимальной массы баков при выполнении условий прочности и жесткости в диапазоне действующих эксплуатационных нагрузок;

— применение оптимальных конструктивных решений, обеспечивающих про­грессивные технологические методы изготовления и испытаний;

— применение рациональной компоновки баков на летательном аппарате, обеспечивающей удобства эксплуатации и заправки топливом и дающей ми­нимальные перемещения центра масс в процессе выработки топлива;

— изготовление из материалов, обладающих высокими удельными прочност­ными характеристиками, коррозионной стойкостью (для агрессивных компо­нентов), пластичностью при низких температурах (для криогенных компонен­тов).

Конструкции топливных баков в зависимости от восприятия обечайка­ми баков внешних нагрузок разделяют на несущие и ненесущие.

В несущих баках обечайки совмещают в себе функции стенок баков и обшивки корпуса и воспринимают как внешние нагрузки на корпус летатель­ного аппарата, так и внутреннее давление наддува баков. Создаваемые избы­точным давлением наддува растягивающие напряжения в обечайках уменьша­ют сжимающие напряжения от внешних нагрузок, что повышает устойчивость

конструкции корпуса и позволяет уменьшить толщину стенок. Поэтому в кон­структивном отношении несущие баки наиболее совершенны. Их широко при­меняют как в маломаневренных, так и в высокоманевренных летательных ап­паратах. Баки, устанавливаемые внутри корпуса летательного аппарата и не воспринимающие внешние нагрузки, называются ненесущими. Они обычно применяются на маломаневренных летательных аппаратах, когда конструкцию баков следует изолировать от внешнего воздействия либо по конструктивным или эксплуатационным требованиям нельзя совмещать стенки баков с обшив­кой корпуса. На летательных аппаратах могут применяться баки, подвешивае­мые под корпусом или крылом и сбрасываемые после их опорожнения. Такие топливные баки позволяют уменьшить полетную массу и аэродинамическое сопротиэление летательного аппарата после их сбрасывания.

Анализ действующих напряжений в обечайках несущих баков показы­вает, что в зависимости от соотношения величин внутреннего избыточного давления Р_изб и внешних нагрузок, действующих на корпус летательного аппа­рата (изгибающего момента М_изг, продольных Nx и поперечных Ny), обечайки несущих топливных баков могут испытывать растяжение и сжатие, а при опре­деленном сочетании этих нагрузок напряжения в обечайках баков могут полно­стью отсутствовать, либо быть очень небольшими. Поэтому все несущие баки можно разделить на нагруженные и разгруженные.

К нагруженным бакам относятся баки ЖРДУ с вытеснительными сис­темами подачи, так как высокое избыточное давление в этих баках создает растягивающие напряжения в обечайках, являющиеся определяющими расчете баков на прочность. К разгруженным бакам относятся обычно баки ЖРДУ с насосными системами подачи при невысоком избыточном давлении наддува и ограниченных внешних нагрузках. В этом случае избыточное давление в рас­тягивающее обечайки баков, уменьшает суммарные напряжения в обечайке бака до минимальных (разгружает бак).

Однако если сжимающие напряжения, создаваемые внешними нагруз­ками, существенно больше растягивающих напряжений от избыточного давле­ния (характерно для высокоманевренных летательных аппаратов) такие топ­ливные баки относятся к нагруженным.

Формы топливных баков, применяемых на летательных аппаратов раз­нообразны, рис.50. При выборе форм баков учитываются функциональное на­значение летательного аппарата, условия их оптимальной компоновки, воз­можность обеспечения минимальной массы баков, а также получения требуе­мых удобств при эксплуатации. Наибольшее распространение на летательных аппаратах получили баки цилиндрической формы, рис.50 а, имеющие при за­данном объеме наименьшее поперечное сечение и обеспечивающее плотную компоновку летательного аппарата.

Вопрос выбора взаимного расположения баков горючего и окислителя в топливном отсеке должен решаться исходя из требований по центровке ЛА и заданных эксплуатационных условий (например, требований по заправке баков компонентами топлива). При выборе порядка размещения баков следует учи­тывать, что плотность окислителей, применяемых в ЖРД двухкомпонентных топлив, обычно значительно больше плотности горючих. Поэтому взаимная перестановка баков горючего и окислителя позволяет существенно изменять положение центра масс летательного аппарата.

Рис.50

Формы баков, применяемых на ЛА:

а — цилиндрический; б — шаровые; в - эллипсоидальные;

г — тороидальные; д - бак, состоящий из сегментов.

Сферические баки, рис.50 б, по сравнению со всеми другими формами баков получаются наиболее легкими. Однако плотность компоновки сфериче­ских баков в корпусе летательного аппарата существенно меньше по сравне­нию с цилиндрическими. Поэтому сферические баки целесообразно применять только тогда, когда их диаметры равны поперечным размерам корпуса лета­тельного аппарата, либо существенно меньше, позволяет создавать более плот­ную компоновку набором сферических баков внутри корпуса.

Эллипсоидальные, рис.50 в, и тороидальные, рис-50 г, баки имеют хо­рошие прочностные качества и при определенных условиях обеспечивают достаточно плотную компоновку (например, при применении торовых баков, если внутри торов размещается какой-либо поле груз или проходит труба и тд.). Иногда в летательных аппаратах применяются баки более сложной формы. Так, например, для получения формы бака, близкой к прямоугольной его стенки могут быть выполнены из отдельных сегментов, скрепленных меж­ду собой стяжками, рис.50 д.

Расположение топливных баков на летательном аппарате определяется прежде всего особенностями его конструктивно-компоновочной схемы. Однако на выбор месторасположения баков прежде всего влияют требования по цен­тровке ЛА, от которой зависят продольная устойчивость его движения и дина­мические характеристики управления. Центровка ЛА по времени зависит от взаимного расположения топливных баков по длине корпуса ЛА, величины и направления действующих продольных и поперечных перегрузок, формы и компоновки топливных баков, рис.51.

Рис.51

Влияние исходного положения топлива в баке на центровку JIA:

а—у заднего днища; б - вдоль обечайки; в - у переднего днища; г - наклонно к оси ЛА

Таким образом, конструктивные особенности топливных баков опре­деляются как особенностями летательных аппаратов, так и специфическими особенностями пневмогидравлических систем ЖРДУ. Поэтому выбор проект­ных параметров и конструкции топливных баков должен осуществляться при проведении тщательного анализа как параметров пневмогидравлической сис­темы ЖРДУ, так и конструкции летательного аппарата.

Date: 2015-05-05; view: 1176; Нарушение авторских прав