Метод.Указ. КПр-ЖРД. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию Подготовил проф. Касымов У. Т. НурСултан 2022
 Скачать 1.65 Mb.
|
|
Студенческие работы С использованием статистических данных по массе реально выполненных двигателей расчет полной массы двигателя с учетом остальных элементов этого двигателя производят по формулам: ЖРД без дожигания генераторного газа 1) при ; 1) при , где Р – тяга ЖРД, кН. ЖРД с дожиганием генераторного газа 2) при ; 2) при Максимальная ошибка при использовании предложенных эмпирических формул не превосходит 15 %. Таким образом, с помощью приведенных соотношений можно рассчитать массу маршевого двигателя (различных схем) одноразового использования как функцию пятнадцати переменных величин: 6.2. Порядок расчета массы двигательной установки Исходные данные Тяга двигательной установки Расход топлива двигательной установки Число камер сгорания Давление в камере сгорания Давление на срезе сопла Диаметр критического сечения Канал спокойной музыки Площадь критического сечения Диаметр камеры сгорания Площадь поперечного сечения КС Диаметр среза сопла Топливо Марка Параметры топлива Удельный импульс тяги Плотность окислителя Плотность горючего Соотношение компонентов топлива Показатель адиабаты Давление насыщенных паров окислителя Расчет массы КС ЖРД Проверка соотношений Проверка условий, определяющих диапазон режимных и других параметров проектируемого двигателя, на соответствие их рекомендациям методики расчета. 1. Проверка соотношения Результат должен попадать в интервал статистических значений 2. Проверка соотношения Результат должен попадать в интервал статистических значений В завершение делается вывод о полученных результатах проверки. Расчет удельных масс Удельная масса камеры сгорания Удельная масса сопла Расчет относительной расходонапряженности и расходного комплекса Расход топлива через отдельную камеру сгорания многокамерной ДУ Относительная расходонапряженность камеры сгорания Проверка расчетного значения на соответствие данным статистики. По данным статистики, с/м. Вывод по полученному результату на соответствие данным статистики. Расходный комплекс По данным статистики, м/с. Полученный результат проверяется на соответствие данным статистики, делается вывод. Расчет относительных боковых поверхностей Расчет относительных боковых поверхностей отдельных частей КС производится по эмпирическим формулам: ; ; ; где ; ; Расчет массы камеры сгорания Массу камеры сгорания вычисляют по формуле Расчет массы ТНА Исходные данные (рис. 13) Длина бака горючего Длина бака окислителя Длина межбакового отсека Высота воздушной подушки бака горючего Высота воздушной подушки бака окислителя Расстояние от бака горючего до оси ротора ТНА Кавитационный коэффициент быстроходности Давление наддува топливных баков Перепад давления на форсунках Гидравлические потери в магистрали горючего Высота столба жидкости от зеркала жидкости до входа в насос горючего (оси ротора ТНА) Высота столба жидкости от зеркала жидкости до входа в насос окислителя (оси ротора ТНА) Расчет допустимого кавитационного падения давления на входе в насос окислителя Давление на входе в насос горючего Давление на входе в насос окислителя Давление на выходе насоса горючего Давление на выходе насоса окислителя (в первом приближении) Перепад давления в насосе горючего Перепад давления в насосе окислителя Допустимое кавитационное падение полного давления на входе в насос окислителя Расчет расходов компонентов топлива Полный расход горючего многокамерной ДУ Полный расход окислителя многокамерной ДУ Расчет частоты вращения ротора ТНА При расчете частоты вращения ротора ТНА необходимо учитывать конструкцию колеса насоса окислителя, по которой определяется частота вращения ротора ТНА. Так, для первых ступеней ракет насос окислителя выполняется с двухсторонним входом. В этом случае расчет частоты вращения ротора ТНА ведется по формуле Для вторых ступеней ракет насос окислителя обычно имеет односторонний вход, поэтому расчет частоты вращения проводится по формуле Расчет весовых коэффициентов насосов горючего и окислителя Сумма весовых коэффициентов насосов горючего и окислителя равна где ; Выбор формулы для определения массы ТНА и расчет массы Выбор формулы для определения массы ТНА производим по параметру согласно рекомендациям 1) для ; 2) для Расчет массы двигателя Выбор формулы для вычисления массы двигателя Выбор формулы для определения массы двигателя без дожигания генераторного газа производится по параметру Р – тяге двигательной установки. Для этого используются соотношения: 1) при ; 2) при Для многокамерного двигателя ( ) при расчете массы следует также учитывать количество камер сгорания двигательной установки . Например, при тяге двигателя, отвечающей первому соотношению, формула массы многокамерной ДУ имеет вид Проверка результатов расчета Результаты расчета массы проверяются на соответствие их данным статистики. В рассматриваемом случае можно осуществить две проверки: по удельной массе проектируемого двигателя и по отношению массы КС к массе двигателя согласно формулам: ; По данным статистики известно: 1) удельная масса двигателя 2) отношение массы КС к массе двигателя Вывод: если оба контрольных показателя расчета попадают в интервалы статистических значений, то результат вычислений считают удовлетворительным. 6.3. Пример расчета массы ЖРД Исходные данные к расчету массы ЖРД представлены в таблице 11: Таблица 11 № Наименование величины Обозна- чение Размер- ность Величина Давление в КС МПа 5 Давление на срезе сопла МПа 0,02 Диаметр критики м 0,155 Диаметр камеры м 0,31 Диаметр среза сопла м 0,864 Тяга двигательной установки кН 182 Удельный импульс тяги м/с 3525 Расход топлива двигательной установки кг/с 52,2 Топливо Марка – – Плотность окислителя кг/м3 1142 Плотность горючего кг/м3 808 Соотношение компонентов топлива – 2,14 Показатель адиабаты – 1,14 Давление насыщенных паров окислителя кПа 101,3 Число камер сгорания – 1 Угол наклона образующей на срезе сопла град 10 Кавитационный коэффициент быстроходности – 1000 Давление наддува бака окислителя, бака горючего МПа 0,4 Приведенная длина ДУ м 2 Перепад давления на форсунках МПа 0,8 Результаты расчета массы однокамерной двигательной установки верхней ступени баллистической ракеты с ЖРД представлены в таблице 12: Таблица 12 № Наименовани е величины Обозна- чение Размер - ность Вели чина Площадь сечения камеры сгорания 0,075 м2 Площадь критического сечения 0,0189 м2 Длина бака горючего 1,72 м Длина бака окислителя 2,34 м Длина межбакового отсека (совмещенные баки) 0 м Высота газовой подушки бака окислителя 0,47 м Высота газовой подушки бака горючего 0,47 м Расстояние от бака горючего до оси ротора ТНА 0,35 м Высота столба жидкости (окислителя) от зеркала до оси ротора ТНА (рис. 14) 3,47 м Высота столба жидкости (горючего) от зеркала до оси ротора ТНА 1,6 м Давление на входе в насос окислителя 449,4 кПа Давление на входе в насос горючего 415,5 кПа Удельная масса камеры сгорания 21,48 кг/м2 Удельная масса сопла 14,02 кг/м2 Относительная расходонапряженность КС с/м Проверка. По статистике с/ м Вывод. Полученное значение не противоречит статистическим данным. Расходный комплекс 1831,4 м/с Проверка. По статистике м/с Вывод. Полученное значение не противоречит статистическим данным. Относительная боковая поверхность сужающейся части сопла 8,59 – Окончание табл. 12 Студенческие работы № Наименован ие величины Обозна чение Вели чина Размер - ность Относительная боковая поверхность цилиндрического участка КС 19,45 – Относительная боковая поверхность раструба сопла 162 – Масса камеры сгорания 148 кг Гидравлические потери в магистрали горючего 1,25 МПа Расход горючего однокамерной двигательной установки 16,4 кг/с Расход окислителя однокамерной двигательной установки 35,166 кг/с Давление на выходе насоса горючего 7,05 МПа Давление на выходе насоса окислителя 5,64 МПа Перепад давления на насосе горючего 6,634 МПа Перепад давления на насосе окислителя 5,19 МПа Допустимое кавитационное падение полного давления на входе в насос окислителя 348,1 кПа Частота вращения ротора ТНА (насоса окислителя с односторонним входом) 1375 с–1 Сумма весовых коэффициентов насосов горючего и окислителя 16680 – Масса ТНА 23,96 кг Масса двигателя без дожигания генераторного газа с тягой 297,6 кг Удельная масса двигателя 1,64 кг/к Н Результат проверки удовлетворительный Отношение массы КС к массе двигателя 0,48 – Результат проверки удовлетворительный Вывод. Оба параметра проверки попадают в интервалы статистических значений, таким образом, точность вычислений удовлетворительна Вывод: если оба контрольных показателя расчета попадают в интервалы статистических значений, то результат вычислений считают удовлетворительным. 6.3. Пример расчета массы ЖРД Исходные данные к расчету массы ЖРД представлены в таблице 11: Таблица 11 № Наименование величины Обозна- чение Размер- ность Величина Давление в КС МПа 5 Давление на срезе сопла МПа 0,02 Диаметр критики м 0,155 Диаметр камеры м 0,31 Диаметр среза сопла м 0,864 Тяга двигательной установки кН 182 Удельный импульс тяги м/с 3525 Расход топлива двигательной установки кг/с 52,2 Топливо Марка – – Плотность окислителя кг/м3 1142 Плотность горючего кг/м3 808 Соотношение компонентов топлива – 2,14 Показатель адиабаты – 1,14 Давление насыщенных паров окислителя кПа 101,3 Число камер сгорания – 1 Угол наклона образующей на срезе сопла град 10 Кавитационный коэффициент быстроходности – 1000 Давление наддува бака окислителя, бака горючего МПа 0,4 Приведенная длина ДУ м 2 Перепад давления на форсунках МПа 0,8 Результаты расчета массы однокамерной двигательной установки верхней ступени баллистической ракеты с ЖРД представлены в таблице 12: Таблица 12 № Наименовани е величины Обозна- чение Размер - ность Вели чина Площадь сечения камеры сгорания 0,075 м2 Площадь критического сечения 0,0189 м2 Длина бака горючего 1,72 м Длина бака окислителя 2,34 м Длина межбакового отсека (совмещенные баки) 0 м Высота газовой подушки бака окислителя 0,47 м Высота газовой подушки бака горючего 0,47 м Расстояние от бака горючего до оси ротора ТНА 0,35 м Высота столба жидкости (окислителя) от зеркала до оси ротора ТНА (рис. 14) 3,47 м Высота столба жидкости (горючего) от зеркала до оси ротора ТНА 1,6 м Давление на входе в насос окислителя 449,4 кПа Давление на входе в насос горючего 415,5 кПа Удельная масса камеры сгорания 21,48 кг/м2 Удельная масса сопла 14,02 кг/м2 Относительная расходонапряженность КС с/м Проверка. По статистике с/ м Вывод. Полученное значение не противоречит статистическим данным. Расходный комплекс 1831,4 м/с Проверка. По статистике м/с Вывод. Полученное значение не противоречит статистическим данным. Относительная боковая поверхность сужающейся части сопла 8,59 – Окончание табл. 12 № Наименован ие величины Обозна чение Вели чина Размер - ность Относительная боковая поверхность цилиндрического участка КС 19,45 – Относительная боковая поверхность раструба сопла 162 – Масса камеры сгорания 148 кг Гидравлические потери в магистрали горючего 1,25 МПа Расход горючего однокамерной двигательной установки 16,4 кг/с Расход окислителя однокамерной двигательной установки 35,166 кг/с Давление на выходе насоса горючего 7,05 МПа Давление на выходе насоса окислителя 5,64 МПа Перепад давления на насосе горючего 6,634 МПа Перепад давления на насосе окислителя 5,19 МПа Допустимое кавитационное падение полного давления на входе в насос окислителя 348,1 кПа Частота вращения ротора ТНА (насоса окислителя с односторонним входом) 1375 с–1 Сумма весовых коэффициентов насосов горючего и окислителя 16680 – Масса ТНА 23,96 кг Масса двигателя без дожигания генераторного газа с тягой 297,6 кг Удельная масса двигателя 1,64 кг/к Н Результат проверки удовлетворительный Отношение массы КС к массе двигателя 0,48 – Результат проверки удовлетворительный Вывод. Оба параметра проверки попадают в интервалы статистических значений, таким образом, точность вычислений удовлетворительна Вывод: результаты расчета массы двигательной установки соответствуют данным статистики. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Добровольский, ракетные двигатели. Основы проектирования: учеб. для вузов / ; под ред. . – 2-е изд. – М.: Изд-во МГТУ им. , 2005. – 488 с. Павлюк, Ю. C. Баллистическое проектирование ракет : учеб. пособие для вузов / Ю. C. Павлюк. – Челябинск: Изд-во ЧГТУ, 1996. – 92 с. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания: справ. : в 10 т. / под. ред. . – М.: ВИНИТИ, 1971–75. – Т. 1, 2, 4, 5. Козлов, питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок / , , . – М.: Машиностроение, 1988. – 352 с. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей : учеб. для вузов / [и др.]; под общ. ред. . – М.: Машиностроение, 1989. – 424 с. Приложение 1 Основные характеристики некоторых жидких ракетных топлив № Окислитель Горючее кг/м3 кг/м3 кг/м3 м/с 1 Жидкий кислород Керосин 3,40 1142 800 1041 3631 324 1,11 3034 2 Жидкий кислород Жидкий водород 4,76 1142 71 316 3270 520 1,22 3286 3 Жидкий кислород Жидкий аммиак 1,41 1142 680 891 3045 420 1,16 3057 4 Жидкий кислород НДМГ 2,14 1142 808 1009 3575 359 1,11 3156 5 Четырехокись азота НДМГ 3,07 1450 808 1213 3382 336 1,13 2950 6 Четырехокись азота Аэрозин 50 2,24 1450 890 1214 3322 357 1,14 2990 7 Четырехокись азота Гидразин 1,44 1450 1000 1224 3231 390 1,17 3033 8 Азотная кислота Керосин 5,37 1509 800 1325 3087 315 1,13 2730 9 Азотная кислота 70 % Ок. азота 30 % НДМГ 3,0 1570 808 1270 3140 378 1,14 2482 10 Азотная кислота 73 % Ок. азота 27 % НДМГ 3,35 1493 808 1250 3134 340 1,14 2840 11 Азотная кислота 80 % НДМГ 3,37 1497 808 1253 3115 340 1,14 2831 Ок. азота 20 % 12 Азотная кислота 73 % Ок. азота 23 % Керосин 5,34 1493 800 1314 3128 313 1,13 2742 13 Азотная кислота 80 % Ок. азота 20 % Керосин 5,37 1497 800 1317 3107 314 1,31 2733 14 Азотная кислота 73 % Ок. азота 27 % Тонка 250 2,14 1493 847 1201 3143 312 1,13 2745 15 Азотная кислота 80 % Ок. азота 20 % Тонка 250 4,67 1497 847 1319 3122 313 1,13 2737 Приложение 2 Последовательность расположения текстовых материалов в пояснительной записке курсового проекта Рекомендуется следующая последовательность текстовых материалов в пояснительной записке (ПЗ): титульный лист; задание; аннотация; содержание (первый лист содержания оформляется с угловым штампом на текстовые документы); введение; основная часть курсового проекта (КП) (в соответствии с заданием); заключение; библиографический список; приложения (при необходимости). Аннотация должна отражать основное содержание КП для представления об основных результатах и объеме выполненных работ Аннотация составляется на русском и иностранном языках (на отдельном листе каждая). Заглавие «Аннотация» пишется отдельной строкой. Аннотация состоит из текста и сведений об объеме КП, в том числе о количестве иллюстраций, таблиц, объеме графической части проекта. В текст аннотации необходимо включать: конкретные сведения о разрабатываемом изделии (техническую характеристику); сведения, касающиеся области применения изделия. Объем текста аннотации – не более одной страницы. Содержание включает наименование всех разделов, подразделов и приложений с указанием номеров страниц, на которых размещается начало материала. Содержание должно включать: введение (не нумеруется как раздел); обоснование выбора направления работы, выбора конструкции и ее параметров; разделы, отражающие содержание и результаты работы; заключение; библиографический список; приложения. Введение должно кратко характеризовать тему КП и его цель, включать обоснование целесообразности разработки темы. Заглавием должно быть слово «Введение». Заключение. В заключении должна быть дана оценка результатов выполненного КП, приведены в краткой форме результаты основных разделов пояснительной записки, намечены пути и цели дальнейшей работы. Приложения. Материалы ПЗ вспомогательного характера, дополняющие текст ПЗ, помещают в приложениях. Приложения либо входят в состав пояснительной записки, либо прилагаются в виде самостоятельного документа. Приложения оформляют на листах формата А4. При необходимости допускается применение листов иных форматов. В приложения могут быть вынесены тексты, расчеты, иллюстрации, таблицы, графики, технологические карты, описания конструкций изделий, описания алгоритмов и программ решаемых задач, блок-схемы, программы и т. д. Последние приложения пояснительной записки – спецификации к чертежам графической части КП. Каждое приложение начинают с новой страницы, в правом верхнем углу пишут слово «Приложение». При наличии в пояснительной записке нескольких приложений их нумеруют арабскими цифрами, например: Приложение 1, Приложение 2 и т. д. Приложения могут иметь заголовки. В тексте ПЗ на все приложения должны быть ссылки. Приложения располагаются в последовательности ссылок на них в тексте ПЗ. Приложения должны иметь общую с остальной частью ПЗ сквозную нумерацию страниц. Все приложения должны быть перечислены в содержании ПЗ с указанием их номеров и заголовков. |