Расчет винтовых линий оболочки для охлаждения камер сгорания жидкостных ракетных двигателей

Процесс охлаждения камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя значительно влияет на его эффективность. Большая часть камер сгорания имеет наружное охлаждение, при котором происходит проток охладителя по охлаждающему тракту. Важной задачей является нахождение оптимального способа расчета траектории фрезерования канала охлаждения камер сгорания. Рассмотрен способ расчета траектории канала охлаждения, обеспечивающий точность построения винтовой линии ±40’. Для достижения более точных значений проведены вычисления траектории винтовой линии на произвольной конической поверхности. Получена формула, определяющая значение угловой координаты поворота винтовой линии. Предложено аппроксимировать образующую кривую произвольного тела вращения множеством отрезков, разбивая его на цилиндры и конусы. Предложенный способ построения винтовой линии можно применять при фрезеровании каналов охлаждения на стенках деталей камер сгорания жидкостного ракетного двигателя на станках с ЧПУ. Он обладает высокой точностью, не требует специального программного обеспечения и позволяет уменьшить погрешность расчета, а также исключает несоответствие угла ориентации инструментальной сборки относительно ребра. Точность построения винтовой линии составила ±25’. Разработанный способ делает возможным изготовление каналов охлаждения формой, близкой к идеальной, тем самым улучшая условия теплообмена камеры сгорания и исключая возможные дефекты.
EDN: GLHBGP, https://elibrary/glhbgp

Литература

[1] Воробей В.В., Логинов В.Е. Технология производства жидкостных ракетных двигателей. Москва, Изд-во МАИ, 2001. 496 с.

[2] Li B., Zhang M. Developing tendency in liquid rocket engine research and corresponding key technologies. Proc. IAC, 2013, pp. 7474–7482.

[3] Гахун Г.Г., ред. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. Москва, Машиностроение, 1989. 424 с.

[4] Моисеев В.А., Тарасов В.А., Колмыков В.А. и др. Технология производства жидкостных ракетных двигателей. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. 379 с.

[5] Мельников С.А., Зубанов В.М., Харитонова А.А. Проектирование регенеративного охлаждения камеры ракетного двигателя с учетом теплового и прочностного состояний. Решетневские чтения. Ч. 1. Красноярск, СибГУ им. академика М.Ф. Решетнева, 2022, с. 188–190. EDN: IRQNQN

[6] Pelevin F.V., Ponomarev A.V. To calculation of regenerative cooling of a liquid fuel rocket engine chamber. Russ. Aeronaut., 2018, vol. 61, no. 1, pp. 71–77, doi: https://doi.org/10.3103/S1068799818010117

[7] Jeon T.J, Park T.S. Thermal recycling analysis in regenerative cooling channels based on liquid rocket engine cycles. Appl. Therm. Eng., 2024, vol. 256, art. 124095, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.124095

[8] Pelevin F.V., Avraamov N.I., Ir’yanov N.Y. et al. Intensification of heat exchange in the regenerative cooling system of a liquid-propellant rocket engine. J. Eng. Phys. Thermophy., 2018, vol. 91, no. 3, pp. 601–610, doi: https://doi.org/10.1007/s10891-018-1781-4

[9] Поляков П.В., Масенков Л.А. Анализ расчета камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя. Новые горизонты. Сб. док. I? науч.-практ. конф. Брянск, БГТУ, 2022, с. 207–209. EDN: AYVWDM

[10] Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 461 с.

[11] Calvo J.B., Hannemann K. Analysis of the heat transfer in liquid rocket engine cooling channels. In: New results in numerical and experimental fluid mechanics VII. Springer, 2010, pp. 441–448, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-14243-7_54

[12] Кожемякин С.А., Пилипенко А.А. Повышение эффективности схем охлаждения камер ЖРД. Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Сб. мат. VII Межд. науч.-практ. конф. Т. 1. Красноярск, СибГУ им. академика М.Ф. Решетнева, 2021, с. 214–215. EDN: DLPCVW

[13] Юхневич С.С., Рязанцев А.Ю., Евченко И.В. Разработка технологии механической обработки для получения турбулизаторов в камерах сгорания жидкостных ракетных двигателей. Инженерный журнал: наука и инновации, 2023, № 4, doi: https://doi.org/10.18698/2308-6033-2023-4-2267

[14] Самошкин В.М., Васянина П.Ю. Анализ эффективности охлаждения камеры ЖРД при создании искусственной шероховатости каналов охлаждающего тракта. Актуальные проблемы авиации и космонавтики, Технические науки, 2013, № 9, с. 62–63.

[15] Юхневич С.С., Рязанцев А.Ю., Подшибякина В.А. Изготовление трактов охлаждения камер сгорания жидкостных ракетных двигателей. Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета, 2024, № 3, с. 224–229.