Полная версия

Главная arrow Техника arrow БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ: НАГРУЗКИ И НАГРЕВ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Расчет тепловых потоков к стенкам двигателя твердого топлива

Передача тепла к стенкам камеры сгорания РДГТ в зависимости от режима движения газа осуществляется конвекцией и излучением.

Лучистый тепловой поток от нагретого тела определяется с помощью закона Стефана-Больцмана:

где с0= 5,673 Вт/м2град4) - постоянная излучения; slv - степень черноты нагретого тела, которую можно принять равной 0,25. Степень черноты - это отношение теплового потока, излучаемого стенкой, к тепловому потоку, излучаемому абсолютно черным телом. Для увеличения qlv и, следовательно, снижения количества тепла, нагревающего корпус ракеты, целесообразно применять хорошо излучающие материалы, примером которых могут служить кварцевые теплозащитные покрытия. Степень излучения зависит от температуры и состава топлива. Так, для баллиститных топлив излучением можно пренебречь. В двигателях, работающих на сме- севом топливе, продукты сгорания содержат твердые частицы и поэтому излучают электромагнитные волны как в видимом, так и в инфракрасном диапазоне спектра. Лучистый тепловой поток, поступающий к стенке, определим по формуле

где е - степень черноты стенки (для теплозащитных покрытий Ъуу =0,8); sz - эффективная степень черноты продуктов сгорания. Знание можно определить так:

где Er = (0,5^0,75) - степень черноты газовой фазы; к - массовая твердой фазы в продуктах сгорания; / - длина пути луча

(/ = 10—3 л/); d - диаметр конденсированных частиц (d = 5-10 мкм); рг - плотность газовой фазы продуктов сгорания топлива; рк - плотность вещества, образующего конденсированную фазу. Излучение пренебрежимо мало по сравнению с конвекцией в области соплового блока, и им здесь пренебрегают.

При расчете конвективных тепловых потоков можно выделить следующие характерные зоны двигателя, обозначенные соответствующими номерами на рис. 103: - область переднего днища, - зону щелевого заряда, - зону заднего днища, - сопловой блок. В области переднего днища образуется застойная зона, в которой теплообмен происходит при помощи естественной конвекции, а коэффициент теплоотдачи а = (D/X)Nu , где D - диаметр двигателя; X - теплопроводность газа.

Рис. 103

Теилофизические характеристики газа вычисляются при средней температуре Т = {) +Tw)!2y а число Нуссельта определяется по следующим формулам в зависимости от размеров двигателя: а) для ракет малого калибра с D< (0,2 ч- 0,3) м Nu = i[Gr , где

У ?)3 ду’

критерий Грасгофа Gr = —^--; Wxl - осевое ускорение раке-

г2 Т0

ты; AT = T0-TIV - перепад температур; v = p/p - кинематическая вязкость газа.

б) для ракет среднего и малого диаметра: Nu = 0,0192 Gr 0,4(L/D)0,2, где L - длина объема, занимаемого передним дни-

d 1,43

щем (высота днища). Формула рекомендуется для L < 2,48 — .

v2,86

в) для ракет большого диаметра: Nu = 0,095 (Pr Gr) 1 /3.

Этими же формулами можно пользоваться для определения

коэффициента теплоотдачи в застойных зонах, изменив только характерный размер. Теперь под характерным размером следует понимать гидравлический диаметр D = 4/-7П, определяемый площадью канала F и его периметром П . Так, например, для застойной зоны, образующейся между вкладным зарядом и стенкой камеры сгорания, D = 2h, т.е. удвоенной ширине зазора.

Для расчета теплоотдачи к стенке двигателя в области щелей можно воспользоваться формулой пластинки с характерным размером, определяемым по формуле В.С. Авдуевского. В области щелей скорость газового потока возрастает по линейному закону, т.е. U = (рх, где ф = итр,„ /(р0/>) - градиент скорости; ит р,„ -

скорость горения и плотность топлива; b - ширина щели; х - расстояние от начала щели (см. рис. 103).

При ламинарном и турбулентном режимах течения в плоском потоке

Для заднего днища и сопла коэффициент теплоотдачи можно определить по формулам пластинки, относя все физические характеристики газа к термодинамической температуре газа в рассматриваемом ссчснии, а характерный размер вычисляя по формуле В.С. Авдуевского.

Получены также и специальные формулы для определения числа Нуссельта в сопле. Так, по формуле Бартца,

здесь физические параметры газа отнесены к температуре торможения; dKр - диаметр критического сечения сопла; Rc - радиус его скруглсния, а

- коэффициент, учитывающий ускорение потока в сопле и сужение его в критическом сечении. По формуле Лонга

Nu = 0,024Re0,8(Г/Го), где — = (1 + ——-М2), а по формуле Грин-

То 2

0 8

филда Nu = 0,024 Re ’ Рг. В последних соотношениях физические параметры газа также отнесены к Т0, т.е. к температуре торможения.

Если продукты сгорания содержат твердые частицы, то теплоотдача к стенкам двигателя возрастает, а коэффициент теплоотдачи определяется но числу Нуссельта Nu?, учитывающему наличие частиц, т.е.

где ск, ср - теплоемкость частиц и газа; рк, рг - плотность частиц

и газа; число Nu определяется по одной из вышеприведенных формул.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>