?

Log in

No account? Create an account

БОЛЬШОЙ КОСМИЧЕСКИЙ ОБМАН США

ГЛАВА 22. ВЕЛЮРОВ И ДРУГИЕ О ЖРД США - МИФЫ И РЕАЛЬНОСТЬ
neprohogi
http://www.free-inform.ru/pepelaz/pepelaz-13.htm
Велюров подробно и в максимально доступной форме сначала определяет коэффициенты теплоотдачи αж для плоской прямолинейной пластины:
"Отсюда следуют такие соотношения: пусть do - начальный наружный диаметр круглой трубки, δст - толщина ее стенки.
Введем Nтр - число трубок; Dj - диаметр j-того сечения сопла относительной площади Sj.
Dкр - диаметр критического сечения. Тогда:
Dj = Dкр ∙ ( Sj ) ½
Nтр ∙ a'j = π ∙ ( Dj + a'j )
Отсюда: a'j = π ∙ Dкр ∙ ( Sj ) ½ /Nтр − π
Внутренняя ширина сечения:
aj = a'j − 2 ∙ δст
Внутренняя высота сечения:
H = H' − 2 ∙ δст
Длина плоской части:
ℓj = H − 2 ∙ R = H − aj
Кроме того, толщина эквивалентного ребра:
b = 2 ∙ δст
Для ЖРД Н-1b диаметр критического сечения: Dкр ≈ 0,41 м. Степень расширения сопла 8:1.
Для выходного сечения, по определению, H' = a' = do
Тогда начальный (базовый) наружный диаметр круглой трубки:
do = π ∙ 0,41 ∙ ( 8 ) ½ / 292 − π ≈ 12,6 мм
Во многих американских источниках можно найти ссылку на то, что у ЖРД Н-1b трубки были полдюйма - т.е. мы на верном пути.
Тогда во всех сечениях внутренняя высота:
H = do − 2 ∙ δст = 12,6 − 2 ∙ 0,3 ≈ 12,0 мм
Соответственно, внутренняя ширина для критического сечения:
aкр ≈ π ∙ 0,41 ∙ ( 1 ) ½ /(292 − π )− 2 ∙ 0,3 ≈ 3,9 мм
Длина плоской части торца трубки:
ℓкр ≈ H − aкр ≈ 8,1 мм
Высота эквивалентного ребра для трубчатой камеры:
δохл ≈ ℓкр + ¼ π ∙ ( aкр + δст ) ≈ 11,4 мм
Воспользовавшись общеизвестными геометрическими соотношениями, определим периметр и площадь трубки для критического сечения:
Птр = 2 ∙ ( H − aкр ) + π ∙ aкр ≈ 28,4 мм
Sтр = aкр ∙ ( H − aкр ) + ¼ ( π ∙ a²кр ) ≈ 43,1 мм²
Эффективный проходной диаметр трубки dэ возьмем из определения[15]:

Подставляем ранее найденные величины:
dэ = 4 ∙ 43,1 / 28,4 ≈ 6,1 мм
Нам осталось найти плотность потока, которую возьмем из уравнения неразрывности.
Если секундный массовый расход керосина G через трубку равен:
ρ ∙ W ∙ Sтр = G то тогда ρ ∙ W = G / Sтр
Согласно[15] ЖРД Н-1b имеет 292 трубки – 146 аверсных и 146 реверсных.
По ним течет сверху вниз, а потом снизу вверх 103,2кг/с керосина (227,5 фунта в секунду).
Отсюда получим:
ρ ∙ W = G / Sтр = 103,2 / (146 ∙ 43,1 ∙ 10−6 ) ≈ 16,4 ∙ 10³ кг/с∙м²
Для справки: это нам ни для чего не пригодится, но попробуем оценить скорость прокачки керосина в ЖРД Н-1b.
Поскольку наш керосин уже подогрет до температур Tж ≈ 60...100 ºС, т.е. в среднем Tж ≈ 80 ºС, то при условной плотности нагретого керосина ρ ≈ 780 кг/м³ скорость прокачки составит примерно W ≈ 21 м/с
Полученная нами цифра вполне адекватна и соответствует плотности потока керосина в критическом сечении советского ЖРД РД-107.
В частности, для РД-107 скорость прокачки в критическом сечении составляет[26] около W ≈ 20 м/с
Всю эту работу мы проделали, чтобы найти коэффициент теплоотдачи αж для плоской прямолинейной пластины:
α215 = 0,023 ∙ (16400)0,8 ∙ 180,8 / (0,0061)0,2 ≈ 27,1 ∙ 10³ Вт/м²·К (аверс)
α235 = 0,023 ∙ (16400)0,8 ∙ 189,2 / (0,0061)0,2 ≈ 28,4 ∙ 10³ Вт/м²·К (реверс)"
В РД 107 тоже указан аналогичный метод охлаждения за исключением того, что вместо трубок использовался цельно металлический лист с канавками, по которым шла жидкость, горючее охлаждающая внутренние стенки камеры сгорания и сопла:
http://www.lpre.de/energomash/RD-107/
"Средняя часть камеры включает в себя цилиндрический участок КС, докритическую часть и начальный участок закритической части сопла. Огневая (внутренняя) стенка средней части состоит из двух секций. Профилированная секция для улучшения условий охлаждения выполнена фрезерованной. На менее теплонапряженном цилиндрическом участке огневая стенка гладкая. Она соединена с рубашкой пайкой через гофрированную проставку.
Конструкция сопловой части аналогична. Для уменьшения габаритов двигателя подвод горючего осуществляется на некотором удалении от среза сопла. При этом на входе в охлаждающий тракт горючее делится на два потока. Один поток по каналам между рубашкой и гофрированной проставкой направляется в сторону форсуночной головки, второй по таким же каналам доходит до среза сопла и возвращается обратно по каналам, образованным гофрированной проставкой и огневой стенкой. В месте стыка гофрированных проставок оба потока соединяются и продолжают движение в сторону форсуночной головки."
Конструкторам конечно виднее, раз они выбрали этот путь. Хотя охлаждение без обратного возвращения охладителя было бы наверное проще с одной стороны, с другой стороны сброс охладителя в нижней части сопла требовал бы дополнительной массы горючего (керосина) А так волки сыты и овцы целы. Логичность такого решения не вызывает сомнения
Вызывает сомнение скорость потока у ЖРД Н1 21 м/сек, которая оказалась больше скорости потока у РД 107. Пусть незначительно, но этого не должно было быть! Потому что движение по трубкам охладителя привело бы к замедлению потока, по сравнению с тем же процессом в советской "листовой" системе охлаждения, где площадь соприкосновение охладителя со стенками проема для охладителя, значительно меньше, а значит меньше гидравлическое трение.
Для справки:
https://studfiles.net/preview/2378257/page:3/
"Вязкость. Движение жидкости в трубах
Все реальные жидкости и газы имеют внутреннее трение, которое также называется вязкостью. Вязкость является причиной постепенного прекращения движения жидкостей и газов после прекращения действия причин, его вызывающих.
Измерения показывают, что при медленном течении скорость жидкости изменяется от нуля в непосредственной близости к стенкам трубы до максимальной на оси трубы."
И как же так получилось, что скорость потока охладителя в системе охлаждения КС и сопла у Н-1 больше , чем у РД 107? Загадка, которую автор игнорировал! Видимо потому, что имел целью своего расчета не разоблачение параметров ЖРД Н1, а наоборот подтверждение реальности этого двигателя, у которого с параметрами удельного теплового потока все в порядке!
И при таких тонких стенках трубок ЖРД Н1 речи об искусственной шероховатости в трубках быть не может. Это приведет, абсолютно точно, к падению скорости потока охладителя в трубках и значит к перегреву.