Курсовая. записка моя. Курсовой проект по дисциплине Основы конструирования рд студент группы . Проверил доцент
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
Федеральное агентство по образованию Сибирский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика М.Ф. Решетнёва кафедра ДЛА Курсовой проект по дисциплине Основы конструирования РД Выполнил: студент группы : . Проверил доцент: Красноярск 2011 План: 1. Введение ………………………………………………………………......3 2. Список основных обозначений и сокращений……………………….....4 3. Задание…………………………………………………………………….5 4. Термодинамический расчет ЖРД………..……………………………....6 5. Расчет смесеобразования………………………………………………..18 6. Расчет оребрения ………………..………………………………………21 7. Расчет охлаждения……………………..………………………………..24 8. Расчет камеры ЖРД на прочность …………………………………..…27 9. Приложения……………………………………………………………...28 10. Список использованной литературы ....………………………………30 1. Введение Курсовой проект предназначен для обучения студентов в проведении термодинамического расчёта двигателя ЖРД с заданными параметрами на персональном компьютере. Более подробно описаны некоторые особенности расчёта основных параметров, нахождение среднего коэффициента избытка окислителя. Построение графиков проводится по результатам расчётов, подробно рассматривается построение контура камеры двигателя. В курсовом проекте мы теоретическим способом можем увидеть, как выводится удельная формула ракетного топлива, как изменяются продукты сгорания в зависимости от коэффициента избытка окислителя и т.д. В курсовом проекте показана разница между равновесным и замороженным истечениями. Также мы можем увидеть разницу между идеальным истечением и истечением, учитывающем все потери: а) потери на трение о стенки сопла б) потери на рассеивание скорости на выходе из сопла в) потери на входе в сопло г) потери на неравномерность процесса расширения д) потери, связанные с неадиабатичностью процесса е) потери на сужение течения ж) потери при истечении двухфазных тел 2. Список основных обозначений и сокращений: D - диаметр, м; С - теплоемкость, Дж/(кгК); F - площадь поперечного сечения, м2 fk – безразмерный комплекс gi - массовая доля i-то компонента; J - энтальпия, кДж/кг, Jy - удельный импульс, м/с; Кo - массовое стехиометрическое соотношение компонентов топлива; Кд — массовое действительное соотношение компонентов; k - показатель адиабаты; kv- показатель адиабаты, рассчитанный по формуле Кp – тяговый комплекс; КС – камера сгорания; КД – камера двигателя; Lпр – приведённая длина камеры сгорания, м;  - массовый расход, кг/с;P/ - тяга, Н; Р – давление, Па; ПС – продукты сгорания; R/ – газовая постоянная, Дж/(кг*К); R, r1, R1 – сопряжённые радиусы при построении контура КД, м; Т – температура, К; V – объём, м3; α – коэффициента избытка окислителя, угол раскрытия сопла, град.; αm – угол раскрытия сопла на входе, град.; β – расходный комплекс, м/с; γ – угол входа в сопло, град.; η – динамическая вязкость, мкПа*с; μ – молекулярная масса, кг/кмоль; φ – коэффициент, учитывающий потери; φк – коэффициент, учитывающий потери в камере; φс – коэффициент, учитывающий потери в сопле; φтр – коэффициент, учитывающий потери на трение; φн – коэффициент, учитывающий потери на неравновесность; φα –коэффициент, учитывающий потери на рассеяние. * – критическое сечение 3. ЗАДАНИЕ Провести термодинамический расчет двигателя со следующими исходными данными: Окислитель: АК-27И N2 O4 Горючее: НДМГ С2 Н8 N2 Давление в камере: Рк = 8 МПа. Давление на срезе: Ра = 0,003 МПа. Давление наружное: РН = 0,005 МПа. Тяга (одна камера): Р/ = 160 кН. Количество камер: 1 Необходимо выполнить следующие расчеты: - рассчитать стехиометрическое соотношение компонентов, удельную формулу и энтальпию топлива; - параметры камеры двигателя (КД): размеры и контур КД. Основные результаты расчетов представить в курсовом расчёте в виде таблицы после начальных данных. Построить графические зависимости: - состав ПС в КС от α (коэффициента избытка окислителя); - состав ПС по длине КД; -T, P, J, Jyp по длине КД. 4. Термодинамический расчёт ЖРД Определение удельной формулы топлива: До обращения к компьютеру можно сделать расчет удельных формул компонентов и их стехиометрического соотношения. Расчет удельной формулы топлива начинается с определения удельных формул окислителя и горючего. Запишем удельную формулу каждого вещества, т. е.: Горючее НДМГ - химическая формула: С2 Н8 N2 Окислитель АК27И - химическая формула: N2 O4 + HNO3 4.2 Молекулярная масса вещества:  где Ni – индексы элементов из молекулярной формулы (табл. 1), μi – атомная масса элемента Таблица №1
Для окислителя: μ(N2 O4 ) = 2*14,01+4*16=92,02 кг/кмоль μ(HNO3 ) = 1,082+14,01+3*16=63,02 кг/кмоль Для горючего: μ(С2 Н8 N2) = 2*12,01+8*1,008+2*14,01=60,104 кг/кмоль 4.3 Удельная формула вещества: HBHCBCNBNOBO Где Вi – индекс элемента из удельной формулы вещества: Вi = Ni/μ gi – массовая доля вещества,  Для горючего С2 Н8 N2:    Получаем удельную формулу горючего: C0,03328 H0,1331 N0,03328 Удельная формула смеси компонентов окислителя: НСНОСС NCNOCO Где  , - индекс элемента из удельной формулы компонента;gi – массовая доля вещества в компоненте. Для окислителя рассчитываем отдельно удельные формулы веществ N2 O4 и НNO3. Для N2O4 удельная формула вещества N0,02173О0,04347 т.к.   Для НNO3 удельная формула вещества Н0,01587N0,01585О0,0476 т.к.    Рассчитаем удельную формулу окислителя с учетом массовых долей компонентов. Для Н: CH=BH(HNO3)*g(HNO3)+BH(N2O4)*g(N2O4)= 0,01587*0,73+0*0,27= 0,01159 Для N: CN=BN(HNO3)*g(HNO3)+BN(N2O4)*g(N2O4)= 0,01587*0,73+0,02173*0,27= 0,01746 Для O: CO=BO(HNO3)*g(HNO3)+BO(N2O4)*g(N2O4)= 0,0476*0,73+0,04347*0,27= 0,04649 4.4 Массовое стехиометрическое соотношение компонентов:  где νi – максимальная валентность с учётом знака (табл.№1)  4.5 Найдём массовое действительное соотношение компонентов:  где αср — средний коэффициент избытка окислителя. В данной работе средний коэффициент избытка окислителя рассчитывается на компьютере. Для расчета при помощи компьютера необходимы следующие данные: окислитель, горючее, давление в камере Рк, давление на срезе Ра, давление наружное РН. Полученные результаты, а именно: состав продуктов сгорания и зависимости параметров в КС от коэффициента избытка окислителя приводим в виде табл. 3 и 4.
Зависимость состава ПС от коэффициента избытка окислителя α табл. 3
Зависимость основных параметров ПС от коэффициента избытка окислителя α табл. 4 По полученным результатам выбираем значение α с наибольшим удельным импульсом. Относительно этого α берется несколько значений с малым шагом больше и меньше полученного значения для того, чтобы проверить, обеспечит ли данное α максимальный удельный импульс. Значение α при наибольшем удельном импульсе примем за коэффициент избытка окислителя в ядре потока αя, причем это значение должно соответствовать приросту удельного импульса в ноль процентов. Из расчета видно, что по табличным данным (табл. 4) α с максимальным удельным импульсом находится в интервале от 0,9 до 1, но при более точном вычислении получим: |