Материал: Ракетно-космическая техника и технология 2015. тез. докл. Российской науч.- техн. конф., посвященной 50-летию первого запуска РН «Протон» 16 июля 1965 года. Федеральное космическое агентство

микроотверстия в материале располагались равномерно, а их количество на единицу площади было большим.

Способ транспирационного охлаждения конструкций, на которые воздействуют внешние тепловые конвективные или лучистые потоки высокой плотности, обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с другими видами тепловой защиты:

1.Высокой эффективностью использования охладителя.

2.Контролируемым уменьшением внешнего конвективного теплового потока, достигающего поверхности за счет регулируемого вдува охладителя.

3.Снижением внешнего лучистого теплового потока при подаче газовзвеси с твердыми частицами, а также лучепоглощающего газа или паров.

4.Отсутствием ограничений по величине внешнего теплового потока при сохранении неизменности формы и целостности охлаждаемой поверхности.

Защитное действие транспирационного охлаждения аналогично завесному. Если используется жидкий охладитель, то он по порам подается с небольшой скоростью на огневую поверхность стенки, создается защитная завеса, плотность теплового потока в стенку снижается. При некотором критическом значении расхода жидкого охладителя температура стенки становится равной температуре кипения жидкости при данном давлении. На режиме критического расхода внутренняя стенка защищается сплошной завесой жидкости. При снижении расхода жидкость частично испаряется, а завеса становится в основном газовой.

Транспирационное охлаждение при поступлении лучепоглощающих газов или паров, а также газовзвеси с твердыми частицами может применяться для ослабления теплового излучения от нагретых элементов с целью инфракрасной защиты. Надежность работы системы транспирационного охлаждения существенно повышается при использовании многослойной стенки. Известно несколько вариантов многослойной пористой стенки. Расчеты показывают, что наиболее приемлемой является двухслойная стенка, внутренний конструкционный слой которой выполнен из теплопроводного материала малой пористости, высокой прочности, с большим гидравлическим сопротивлением. Наружный

50

теплозащитный спой изготовлен из тугоплавкого материала низкой теплопроводности, высокой пористости и проницаемости. Транспирационное охлаждение конструкций, на которые воздействуют внешние тепловые конвективные или лучистые потоки, является одним из эффективных методов тепловой защиты. Основная идея этого способа состоит в том, что продавливаемый сквозь пористую стенку охладитель за счет интенсивного внутри порового теплообмена поглощает теплоту, передаваемую теплопроводностью по каркасу от внешней нагреваемой поверхности.

Несмотря на все достоинства пористого охлаждения, заполнение теплообменного тракта пористым высокотеплопроводным металлом с малым термическим сопротивлением между стенкой и пористым металлом максимально интенсифицирует теплообмен, наблюдается резкое увеличение гидравлического сопротивления, что сдерживает применение этого метода в системе регенеративного охлаждения ЖРД. Для уменьшения потерь давления приходится идти на уменьшение скорости движения теплоносителя в ПМ за счет увеличения проходного сечения тракта, что приводит к снижению интенсификации теплообмена и повышению массы и габаритов тракта. Уменьшить потери давления в системе охлаждения, не изменяя габаритных размеров теплообменного тракта, можно, если перейти от общеизвестного продольно-канального к продольнопоперечному (межканальному) движению теплоносителя через ПМ, изготовленный методом диффузионной сварки в вакууме металлических тканых сеток. Будем называть этот способ движения теплоносителя – межканальная транспирация теплоносителя (МКТТ) сквозь пористый металл.

Принцип межканальной транспирации теплоносителя в сочетании с межсеточной фильтрацией теплоносителя впервые позволяет создать высокоэффективный пористый теплообменный тракт с большей эффективностью теплообмена, чем у лучших оребренных трактов. Тракт с межканальной транспирацией теплоносителя сочетает в себе высокую теплоотдачу, свойственную высокотеплопроводным ПМ, и низкие гидравлические потери. Эти выводы хорошо согласуются с результатами работы, полученными для охлаждаемых пористых подложек зеркал лазеров. На рисунке

51

представлена принципиальная схема системы охлаждения камеры ЖРД с МКТТ.

Разрез камеры с МКТТ

Из коллектора подвода охладителя (теплоносителя) теплоноситель поступает в подводящие каналы, заполняет их и под действием перепада давления прокачивается в соседние два отводящих канала. Подводящие и отводящие каналы чередуются. Их число определяется заданным расходом охлаждающего компонента топлива и необходимой температурой огневой стенки камеры. Высокие коэффициенты теплоотдачи α в тракте охлаждения достигаются высокоразвитой поверхностью теплообмена между пористым сетчатым материалом (ПСМ) и

52

охлаждающим компонентом топлива при значительно более низких числах Рейнольдса, чем у оребренных трактов, что приводит к уменьшению гидравлических потерь по сравнению с оребренным трактам ЖРД.

Применение транспирационного охлаждение обладает рядом преимуществ, но все же сложность конструирование подобных охлаждающих систем присутствует. Применение системы МКТТ в области камеры сгорания и критического сечения и использование теплообменного аппарата на основе МКТТ позволяет повысить соотношение компонентов топлива, увеличить устойчивость к конвективным и лучистым тепловым потокам и повысить температуру горючего, что увеличивает ресурс и удельный импульс двигателя и надежность эксплуатации.

Литература

1.Пелевин Ф. В., - Новый подход к охлаждению ракетного кислородно-керосинового двигателя, 2012. - 12 с.

2.Добровольский М. В.- Жидкостные ракетные двигатели. Основыпроектирования,1968. - 398 с.

3.JohnE. Terry – Transporation and film cooling of liquid rocket nozzles, 1966. - 79 с.

УДК 621.455.4

ОБЗОР ПЕРСПЕКТИВНЫХ МОДЕЛЕЙ ИОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

С.О. Ломтев, ВГТУ,студент группы РД-111,тел. +7-(909)-211-9730

Ионно-оптическая система – одна из основных частей ионного двигателя, обеспечивающая ускорение плазмы. Целью ИОС, как любой иной ускоряющей системы является разгон плазмы, но в данном случае ИОС позволяет извлекать ионы из плазмы газоразрядной камеры (ГРК), где она и образуется, фокусировать и ускорять ионный пучок до требуемых скоростей. Традиционная схема ИОС представляет собой аксиально-симметричную трех-

53

электродную систему состоящую из: плазменного, ускоряющего и замедляющего электродов.

1-опорный фланец плазменного электрода, 2-опорный фланец ускоряющего электрода, 3-опорный фланец замедляющего электрода,4 –плазменный электрод,5-стяжной узел Рис.1.Ионно-оптическая система

Плазменный электрод имеет положительный потенциал и необходим для лучшей ионизации плазмы. Выполняется данный электрод как можно тоньше, с целью уменьшения энергетической цены иона. Оптимальная толщина плазменного электрода 0.5 мм и выполняется он из титана или молибдена. Ускоряющий электрод имеет отрицательный потенциал, который позволяет ему отсекать ионы из плазмы и препятствует им на пути в ускоряющий зазор. Выполняется, так же как и плазменный электрод, но по толщине превосходит его и равен 1.0 мм. Замедляющий электрод или как его еще называют “заземленный электрод” имеет нулевой потенциал. Цель данного электрода – предотвращение возвращений обратных потоков заряженных частиц из-за среза двигателя обратно в ГРК.

Первые два электрода выполняются либо в виде сеток, перфорированных аксиально-симметричными отверстия, либо в виде набора параллельных стержней. Третий электрод обычно делают кольцеобразной формы, охватывающий ионный пучок.[2] ИОС подразделяется:

- по конструктивному исполнению на аксиальносимметричную и щелевую систему.

54