Курс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр лекция 1




НазваниеКурс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр лекция 1
страница1/5
Дата публикации03.08.2013
Размер0.59 Mb.
ТипЛекция
zadocs.ru > Математика > Лекция
  1   2   3   4   5
ГИДРАВЛИКА ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Курс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр

ЛЕКЦИЯ 1 (продолжительность 3 часа)
Тема 1. Общие сведения. Характеристика гидравлического тракта ЖРД как системы подачи жидкости потребителю.

    1. Введение. Основные понятия и определения применительно к теме.

    2. Общие характеристики трубопроводной системы.

    3. И
      Начальные сведения
      стечение из отверстия в тонкой стенке.

    4. Истечение из насадков.

    5. Кавитационный режим течения.

Тема 2. Описание и характеристика гидравлических элементов тракта камеры сгорания и газогенератора.

2.1. Форсунки.

2
Краткое описание как гидравлического элемента
.2. Смесительная головка.

2.3. Тракт охлаждения.

2.4. Проточная часть насосов.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Сточек Н. П., Шапиро А. С. Гидравлика жидкостных ракетных двигателей. М: Машиностроение, 1978.

  2. Сиов Б. Н. Истечение жидкости через насадки. М: Машиностроение, 1968.

  3. Некрасов Б. Б. Гидравлика и ее применение на летательных аппаратах. М: Машиностроение, 1967.



Рисунки


Рис. 1. График зависимости коэффициента расхода цилиндрического насадка от числа кавитации

ТЕМА 1
^ 1.1. ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Гидравлика – наука о законах движения и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач. В жидкостных ракетных двигателях (ЖРД) закономерности гидравлики используются при проектировании и технологическом контроле агрегатов и систем, обеспечивающих подачу топлива из баков в камеру сгорания (так называемые холодные или проливочные испытания).

Гидравлический тракт ЖРД состоит из соединительных трубопроводов с дросселирующими устройствами, запорных клапанов, насосов, регуляторов, каналов для охлаждения камеры сгорания и форсунок, распыливющих жидкость (топливный компонент: окислитель и горючее). В каждой отрасли техники, где используется жидкость, гидравлика (прикладная гидромеханика) имеет свои особенности. Они определяются рядом специфических для данной области применения факторов: геометрическими формами проточных частей гидротракта, свойствами рабочих жидкостей (сжимаемость, несплошность, т.е., как минимум, двухфазность, вязкость, закон вязкого трения и другое), режимами течения (напорный или безнапорный; высоконапорный или низконапорный; ламинарный, переходный или турбулентный; стационарный или неустановившийся; с подводом тепла или без подвода и т.д.), влиянием массовых сил, а также методами исследования закономерностей течения в рассматриваемой гидросистеме (расчетный или экспериментальный), требуемой точностью определения гидравлических характеристик.

Применительно к ЖРД актуальными вопросами являются: зависимости коэффициентов расхода отверстий в тонкой стенке и различной формы насадков от критериев Рейнольдса, Вебера и кавитации (от числа кавитации); влияние основных геометрических и режимных параметров на кавитационные характеристики элементов гидравлического тракта систем подачи компонентов ракетного топлива, а также проблем оптимизации этих процессов и параметров, некоторые другие вопросы.

Жидкостной ракетный двигатель состоит (в общем виде) из турбонасосных агрегатов, газогенераторов, камер, создающих тягу, топливных магистралей и агрегатов автоматики. Жидкость (компонент топлива) подается потребителю (в камеру сгорания) посредством насосной или вытеснительной системы. Один из компонентов топлива, а иногда и оба охлаждают стенку камеры, нагреваются и уже подогретыми поступают к форсункам. На современных двигателях имеется сложная система клапанов, регуляторов, управляющих и контролирующих приборов, которая (эта система) обеспечивает запуск, выход на режим и останов двигателя, а также поддерживает во время полета заданные программой тягу и соотношение расходов топливных компонентов. Гидравлическая система ЖРД охватывает практически все узлы: турбину, насосы, трубопроводы, камеру и агрегаты автоматики.

Для гидросистемы двигателя основным режимом является стационарный режим течения капельной жидкости. Неустановившиеся режимы характерны для запуска и останова ЖРД, а также для двигателей малых тяг, работающих в импульсном режиме, т.е. для реактивных систем управления.

Гидравлическая система ЖРД работает в условиях высоких перепадов давления, ее отличает сложная форма каналов, малые их геометрические размеры, близкое расположение различных гидравлических сопротивлений, связанное с общей компоновкой двигателя и вызывающее возможность их взаимного влияния. Все это часто приводит к необходимости определения гидравлических характеристик двигателя опытным путем. Исследования проводят обычно на натурных узлах и деталях двигателя, воссоздающих сложную конфигурацию тракта и качество обработки его поверхности (шероховатость). В большинстве случаев испытания проводятся не на компонентах топлива, а на воде и водоглицериновых смесях в условиях, моделирующих рабочие процессы по всем основным критериям подобия.

Давление питания Рн (давление подачи) расходуется на преодоление потерь энергии (давления) в гидравлическом тракте двигателя ΔР и давления в камере сгоранияРк (противодавление). Чтобы правильно выбрать давление подачи, необходимо знать величину давления в камере, которая определяется характеристиками двигателя (тягой, удельным импульсом), и величину потерь давления в тракте. Потери давления определяются на стадии проектирования двигателя расчетным путем, находя потери давления в отдельных узлах и агрегатах (как местные сопротивления), а затем путем сложения их – суммарную потерю давления по всему тракту. Поскольку расчет гидравлического тракта при проектировании является приближенным, то уже на стадии отработки агрегатов значения их гидравлических сопротивлений уточняется опытным путем.

Гидравлические сопротивления – безвозвратные потери полного давления – различают двух видов: местные гидравлические сопротивления и сопротивления трения по длине гидравлического тракта. В ЖРД существуют оба вида сопротивления, так, например, соединительные трубопроводы, тракт охлаждения камеры сгорания, сопла представляют собой главным образом сопротивление по длине, а форсунки, дроссельные шайбы, переходные узлы, коллекторы – местные сопротивления. Величина гидравлических потерь обычно оценивается коэффициентом гидравлического сопротивления ξ, который представляет собой отношение перепада полного давления ΔР на каком-либо участке тракта к скоростному давлению ρw2/2 в сечении тракта, к которому коэффициент отнесен:

, (1)

где w – скорость течения жидкости, м/с; ρ – плотность жидкости, кг/м3. Коэффициент сопротивления ξ зависит от многих переменных: геометрии, чисел Рейнольдса, Фруда, кавитации.

Однако при установившемся режиме течения для напорных потоков несжимаемой жидкости – потоков, для которых действием гравитационных сил можно пренебречь; влияние числа Фруда можно не учитывать. Зависимость ξ от числа кавитации проявляется только в кавитационном режиме течения. Для бескавитационного установившегося напорного течения несжимаемой жидкости коэффициент гидравлического сопротивления является функцией только числа Рейнольдса, характеризующего соотношение сил вязкости в потоке и сил инерции. Для некавитирующих потоков несжимаемой жидкости, протекающей в геометрически подобных каналах, равенство чисел Рейнольдса предопределяет равенство значений ξ. Коэффициент гидравлического сопротивления различен при ламинарном и турбулентном режимах течения. Теоретически значение ξ можно определить для прямолинейных труб при ламинарном течении. В большинстве остальных случаев коэффициент гидравлического сопротивления находится опытным путем.
^ 1.2.ПОТЕРИ НА ТРЕНИЕ ПО ДЛИНЕ

(общие характеристики трубопроводной системы)
Потери на трение по длине гидравлической системы (трубопроводной системы) составляют заметную часть общих потерь давления в гидравлическом тракте двигателя. Отличительной особенностью ряда участков гидротракта ЖРД является незначительная их длина. В связи с этим большое влияние на величину их гидравлического сопротивления оказывает начальный участок – участок, на котором происходит перестроение поля скорости. Наличие начального участка вызывает дополнительную потерю давления, которая для коротких труб может быть соизмерима с потерей давления по длине собственно трубы. Величина потерь давления на начальном участке исследована теоретически только для труб с плавным входом при ламинарном режиме течения. В трубопроводах же ЖРД в большинстве случаев входная кромка специально не скругляется, а режим течения – турбулентный. Наличие в трубе острой входной кромки усложняет решение задачи, т.к. при ее обтекании происходит отрыв потока и деформация поля скорости. Эти потери суммируются с основными потерями. кси

Коэффициент сопротивления трения ξтр по длине прямой трубы постоянного сечения выражается через линейный коэффициент сопротивления λ в виде

ξтр = λℓ/d, (2)

где ℓ - длина трубопровода, d – внутренний диаметр трубопровода.

Коэффициент λ зависит от режима течения жидкости. При ламинарном режиме течения (когда число Рейнольдса Rе меньше 2·103) значение линейного коэффициента сопротивления определяется теоретической формулой Пуазейля λ = 64/Rе.

Переход ламинарного режима течения в турбулентный сопровождается резким изменением закона сопротивления; гидравлические потери значительно возрастают и становятся пропорциональными примерно квадрату скорости, а не первой степени, как при ламинарном режиме. В диапазоне чисел Рейнольдса 4·103…105 для гидравлически гладких труб коэффициент λ может быть с достаточной степенью точности выражен формулой Блазиуса

(3)

В отличие от ламинарного режима течения, при турбулентном режиме величина коэффициента сопротивления зависит не только от числа Рейнольдса, но и от относительной шероховатости стенок трубы (относительная шероховатость представляет собой отношение абсолютной шероховатости к диаметру трубы , где Δ – эквивалентная абсолютная шероховатость, d– диаметр трубы).

В ЖРД применяются, как правило, высококачественные бесшовные трубы, которые можно считать гидравлически гладкими.
^ ИСТЕЧЕНИЕ ИЗ ОТВЕРСТИЯ В ТОНКОЙ СТЕНКЕ
Истечение из отверстия в тонкой стенке играет большую роль в гидравлике ЖРД. Дроссельные шайбы, жиклеры, струйные форсунки часто выполняются в аиде отверстий в тонкой стенке, причем, как правило, диаметр его не превышает 0,2…3 мм. Истечение из отверстия может происходить в атмосферу, в газ с повышенным избыточным давлением, под уровень жидкости (затопленное истечение). Перепад давленияна в отверстии обычно составляет от 0,1 до 10 МПа (1…100 кг/см2).

В ряде гидравлических задач, например, при расчете расходных характеристик, удобно пользоваться не коэффициентом гидравлического сопротивления λ, а коэффициентом расхода μ, представляющем собой отношение фактического расхода жидкости G, протекающей через местное сопротивление, к расчетному Gт (теоретическому), определенного по геометрическим размерам и средней скорости течения, найденной из условия полного, т.е. без потерь, преобразования потенциальной энергии потока в кинетическую, т.е. μ = G/Gт. В этом случае , ясно, что μ < 1

Поскольку имеющиеся исследования зависимости коэффициента расхода от числа Рейнольдса проводились в области больших (по сравнению схарактерными для ЖРД) размеров при свободном истечении жидкости в воздух и при перепаде давления (на отверстии) в диапазоне до 0,3 МПа, то возможность использования этих данных для ЖРД необходимо подтвердить экспериментально.

В гидравлике применительно к ЖРД наряду с известными критериями: число Рейнольдса, число Вебера, - используется число кавитации:

, где Рi – статическое давление в соответствующем сечении, РП – давление парообразования жидкости при данной температуре, т.е. давление на пограничной кривой в координатах Р-Т, W – скорость потока в данном сечении.

Отличительной особенностью гидравлической характеристики отверстия в тонкой стенке, определяющей его широкое распространение в конструкции узлов ЖРД, является постоянство величины коэффициента расхода μ при изменении числа кавитации.Однако это утверждение справедливо лишь при определенной относительной длине отверстия, не превышающей 0,25d0 (d0 – диаметр отверстия).Таким образом, отверстием в тонкой стенке можно считать отверстие с относительной длиной ℓ/d0 ≤ 0,25.
  1   2   3   4   5

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Курс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр лекция 1 iconКраткий курс лекций для студенческих групп, обучающихся по профессии...
Российской Федерации в 3-5 раз выше, чем в Западной Европе. Поскольку стоимость железнодорожных перевозок существенно влияет на эффективность...

Курс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр лекция 1 iconО составе учебных групп 1-го курса
На основании приказа ректора бгуир №118-и от 03. 08. 2012г. «О зачислении студентов на первый курс вечерней формы обучения на платной...

Курс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр лекция 1 iconКурс лекций для студентов 1 курса групп 2012-2-фк и 2012-2-мэ ст...
Основные партии Российской империи: краткая характеристика, роль в политической истории страны

Курс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр лекция 1 iconКурс лекций (под редакцией профессора В. Ф. Беркова) 2-е издание...
Авторский коллектив: Н. С. Щекин (лекция 8); Г. И. Касперович (лекция 9); В. Ф. Берков (лекция 10); И. Г. Подпорин (лекция 11); В....

Курс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр лекция 1 iconПрограмма дисциплины «Психология и педагогика (высшей школы)»
Ооп вуза; готовностью осуществлять кураторство научной работы малых студенческих групп и тьюторство академических студенческих групп...

Курс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр лекция 1 iconКурс лекций по биоорганической химии учебное пособие для студентов 1 курса очного обучения
Л. А. Каминская. Курс лекций по биоорганической химии: Учебное пособие для студентов 1 курса очного обучения. Специальности: 060101...

Курс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр лекция 1 iconКонспект лекций по дисциплине «Делопроизводство»
Опорный конспект лекций по дисциплине «Делопроизводство» для студентов 2 курса (3 семестр) сгф для направления 101100. 62 «Гостиничное...

Курс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр лекция 1 iconЛекция I и проблема языка и сознания лекция II 31 слово и его семантическое...
Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного...

Курс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр лекция 1 iconЛекция I и проблема языка и сознания лекция II 31 слово и его семантическое...
Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного...

Курс лекций для студенческих групп, начало курса с 2012г., третий семестр лекция 1 iconКурс, 2 семестр. История зарубежной литературы. Средние века и Возрождение...
...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов