Конструкция системы интенсификации теплообмена углеводородного топлива в охлаждающих каналах жидкостного ракетного двигателя

Предложена система охлаждения жидкостного ракетного двигателя, использующая в качестве охладителя углеводородное топливо (керосин), движущееся в каналах системы, в которых происходит нагрев топлива от их стенки. В процессе разработки системы охлаждения двигателя встал вопрос выбора материала сопла для обеспечения ее стабильной работы. Тепловой и прочностной расчеты в комплексе ANSYS показали неспособность алюминия выдержать заданные условия работы. Вследствие этого альтернативным материалом, обеспечивающим неразрушимость конструкции, был выбран титан. Для снижения температурного градиента в титане и предотвращения его плавления на внутреннюю поверхность стенки сопла наносится напылением керамическое покрытие толщиной 2 мм. Разработана модель расчета системы охлаждения по времени в зависимости от остатка топлива в баке, в том числе учитывающая кратность циркуляции керосина. Рассмотренная модель работы системы подачи топлива дает возможность определить условия, при которых кратность циркуляции керосина в контуре охлаждения сопла позволит использовать в качестве материала стенки сопла выбранный материал.

Литература

[1] Балмина Р.В., Губанов А.А., Иванькин М.А., Лапинский Д.А. Состояние и перспективы разработки гиперзвукового вооружения. Техническая информация, 2012, вып. 1-2, с. 1–72.

[2] Михайлов А.М. Паровая конверсия углеводородов как метод химической регенерации тепла. Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки, 2013, № 3(178), с. 95–100.

[3] Чернов Г.И., Щербань К.В. Математическая модель теплоотдачи при течении углеводородного топлива в каналах системы охлаждения ЖРД и обоснование возможности ее интенсификации. Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической техники и подготовки инженерных кадров для авиакосмической отрасли. Матер. XI Всерос. науч. конф., посвященной памяти главного конструктора ПО «Полет» А.С. Клинышкова, Омск, 30–31 мая 2017, Омск, Изд-во ОмГТУ, 2017, с. 114–127.

[4] Горохов В.Д., Черниченко В.В., Стогней В.Г. Способ охлаждения теплонапряженных участков камеры жидкостного ракетного двигателя. Пат. РФ 2394168, 2010, бюл. № 19.

[5] Chen Y., Wang Y., Bao Z., Zhang Q., Li X.-Y. Numerical investigation of flow distribution and heat transfer of hydrocarbon fuel in regenerative cooling panel. Applied Thermal Engineering, 2016, vol. 98, pp. 628–635.

[6] Полищук Г.Ш. Сравнительная теплоэнергетическая эффективность способов интенсификации конвективного теплообмена в теплообменниках. Химическое и нефтяное машиностроение, 1991, № 12, с. 1–2.

[7] Сухов Е.В. Совершенствование конструкций и метода расчета компактных спирально-змеевиковых узлов охлаждения компрессорных агрегатов. Дис. … канд. техн. наук. Омск, ОмГТУ, 2012. 194 с.

[8] Рубинский В.Р., Солженикин П.А., Черниченко В.В. Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций. Пат. РФ 2513059, 2014, бюл. № 11, 12 с.

[9] Gum K.S., Moiseeva N.P. Investigation on the stability of 0.6 Ohm HTPRTs at KRISS. Docu-ment CCT/2005-20, BIPM Com. Cons. Thermometry, 2005.

[10] Misra A. Composite materials for aerospace propulsion related to air and space transportation. Lightweight Composite Structures in Transport. NASA Glenn Research Center, Cleveland, OH, United States, 2016, pp. 305–327.