Главная страница >  Хронология 

5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЖРД

5. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЖРД

Глава V. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ РАБОТ ПО РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЖРД

Проведенное в настоящей работе исследование создает предпосылки для разработки классификации (табл. I), не имеющей указанных недостатков.

Попытки классификации методов охлаждения и теплозащиты ЖРД в той или иной форме предпринимаются в большом количестве работ: учебниках, энциклопедиях, обзорных статьях и т.д. Однако при этом во внимание принимаются лишь наиболее используемые в настоящее время методы охлаждения и не рассматриваются методы, находящиеся в стадии разработок или опытного применения, и, кроме того, не учитывается исторический опыт работ по охлаждению двигателей и, как следствие этого, не рассматриваются методы, находившие применение на ранних этапах развития ЖРД.

Далее методы предохранения двигателей можно разделить на две большие группы: охлаждение, т.е. отвод от стенки камеры теплового потока, поступившего на нее, и теплозащита, т.е. уменьшение тем или иным способом теплового потока, поступающего на основную стенку двигателя.

Из всех способов предохранения материальной части ракетных двигателей от разрушающего воздействия высоких температур, прежде всего, целесообразно выделить методы, способствующие решению проблемы охлаждения и теплозащиты. К ним относятся: выбор формы камеры сгорания и сопла, выбор соответствующих компонентов топлива, либо обладающих хорошими охлаждающими свойствами, либо имеющих сравнительно низкую температуру сгорания; выбор целесообразного соотношения компонентов топлива или добавление в топливо инертной примеси для снижения температуры сгорания.

Емкостное охлаждение имеет (точнее, имело) две разновидности: независимое охлаждение, когда в качестве хладагента используется посторонняя жидкость (например, вода), и регенеративное, при котором осуществляется съем тепла топливом, поступающим затем в камеру сгорания.

Охлаждение осуществляется несколькими способами, которые в свою очередь можно разбить на две группы. К первой из них следует отнести охлаждение проточное, осуществляемое с помощью жидкости (или газа), протекающей по охлажденной стенке. Во вторую группу входят статические методы, к числу которых следует отнести емкостное охлаждение жидкостью и радиационное охлаждение.

Два метода охлаждения: тепловые трубы и циркуляционное, при котором хладагент движется по замкнутому контуру между нагревателем — камерой сгорания — и охладителем — баком с топливом и т. д. — по-видимому, целесообразно отнести к промежуточной группе между независимым и регенеративным методами. Предпосылкой для этого является то обстоятельство, что эти методы имеют промежуточный хладагент, например рабочее тело тепловой трубы, тепло от которого передается к основному хладагенту: топливу двигателя или воде, или холодильнику-излучателю для сброса в космос. В зависимости от того, куда отводится тепло, снятое с поверхности двигателя, эти методы могут быть регенеративными или независимыми — назовем их методами с промежуточным хладагентом.

Проточное охлаждение также может быть независимым и регенеративным. При этом независимое охлаждение может иметь несколько разновидностей: открытые трубы, спутным потоком воздуха, водой и пр.

Проточное охлаждение можно классифицировать также по конструкции охлаждающего тракта: гладкий или оребренный тракт. В свою очередь, оребренный тракт может иметь две принципиально отличающиеся разновидности: связанная или несвязанная конструкция. Связанная конструкция может быть трубчатой в один, полтора и два прохода и не трубчатой, при которой соединение стенок двигателя осуществляется с помощью промежуточных прокладок, выштамповок, а также через отфрезерованные ребра.

Таблица 1

Методы теплозащиты также можно разделить на две большие группы в зависимости от того, что используется для их реализации: жидкость (газ) или твердые высокотемпературные или другие материалы. Теплозащиту с помощью жидкости (газа) в настоящее время называют внутренним охлаждением. Конечно, в ряде случаев топливо при таком методе выполняет функции хладагента, снимая за счет своего движения поступивший на стенку тепловой поток от продуктов сгорания. Однако главная задача внутреннего охлаждения заключается в том, чтобы уменьшить величину теплового потока в стенку, и, следовательно, этот метод более . Внутреннее охлаждение, в свою очередь, можно разделить на две группы: охлаждение с помощью жидкости, не являющейся топливом, и охлаждение топливом. Кроме того, внутреннее охлаждение можно классифицировать по способу подачи хладагента: охлаждение, создаваемое соответствующим расположением форсунок на периферии головки, при котором горение топлива возле стенки происходит с более низкой температурой, чем в центре камеры; охлаждение, осуществляемое путем подачи хладагента на внутреннюю поверхность стенки через специальные отверстия в поясах завесы; охлаждение реверсивное, транспирационное, дискретное с ламиниризацией или .

При регенеративном проточном охлаждении (принципиально возможно и при независимом, хотя примеров практической реализации пока нет) бывает целесообразно интенсифицировать процесс теплоотдачи к хладагенту за счет выбора, например, соответствующей кривизны и шероховатости охлаждающего тракта, путем доведения хладагента до пузырькового кипения и т.д.

Ко второй группе относятся теплозащита неразрушающимися материалами, изолирующими основную стенку двигателя, и теплопоглощение (сюда же можно условно отнести и теплопоглощение основной стенкой двигателя, не имеющей специального покрытия). Кроме того, к этой же группе можно отнести и метод абляции, при котором после «обугливания» поверхностного слоя материала в начальный момент работы двигателя последующее разрушение покрытия не происходит (нестационарная абляция).

Теплозащита с помощью материалов может быть условно разделена на две группы: теплозащита разрушающимися и неразрушающимися покрытиями. К первой из них можно отнести абляционное охлаждение (поверхностная, внутренняя и внешняя абляция), а также теплозащиту отложением, включающую в себя естественный процесс отложения углерода на стенке при сгорании углеводородных топлив, и искусственный процесс, при котором в топливо добавляются специальные вещества, уменьшающие тепловые потоки в стенку либо за счет отложения вещества на стенке, либо за счет создания облаков конденсированных частиц, экранирующих стенки камеры от радиационных потоков.





Далее:
ИНСТИТУТ «НОРДХАУЗЕН».
Трудные орбиты «Салютов».
ПУТЕШЕСТВИЕ НА РАКЕТЕ.
15. ПУСТЫНЯ.
На главной орбите.
КОСМОС НАЧИНАЕТСЯ... В АТМОСФЕРЕ.
Стромский И.В. «Космические порты мира».
.
Приложение.


Главная страница >  Хронология