Описание выбранной конструкции

Рисунок 1 - Страница из справочника «газодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания»

4)Проведя термодинамический расчет, можно приступать к профилированию камеры сгорания и сопла, которое производится в следующем порядке:

- определяется расход топлива через камеру сгорания:

, (1)

где Р – тяга ракетного двигателя, Н;

р_а, р_h – давление на срезе сопла и за срезом сопла соответственно.

- определяется площадь критического сечения:

, (2)

где R_kp, T_kp, p_kp, W_kp – параметры потока продуктов сгорания, определенные для критического сечения сопла;

- исходя из того, что проектируемая камера сгорания принимается цилиндрической и изобарической, отношение площади поперечного сечения камеры сгорания к площади критики должно находится в пределах от 3 до 5;

- объем камеры сгорания может быть определен либо через условное время пребывания τ_у по формуле:

, (3)

где R_k, T_k, p_k – значения параметров продуктов сгорания, определенные для камеры сгорания ЖРД; либо исходя из приведенной длины камеры сгорания:

V_к = l_пр·F_кр (4)

Как условное время пребывания, так и приведенная длина являются параметрами справочными (см. таблицу 1);

Таблица 1 – Условное время пребывания и приведенная длина для различных топливных пар

Топливная пара	Условное время пребывания, τу, с	Приведенная длина КС, lпр, мм
Жидкий кислород – керосин	0,003÷0,008	1000÷1500
Жидкий кислород – спирт	0,0028÷0,007	1300÷2500
Жидкие кислород – водород	0,0035÷0,008	500÷1000
Азотнокислый окислитель – керосин	-	1250÷1600
Азотнокислый окислитель – гидразин	0,0025÷0,007
Азотнокислый окислитель – ТГ-02	0,002÷0,006	1000÷1300

- по объему и площади поперечного сечения камеры сгорания определяется длина цилиндрической части камеры:

L_к = F_к / D_к

следует стремиться к тому, чтобы выполнялось дополнительное условие: D_k/L_k=0,8÷1,1, однако, это условие не является обязательным;

Рисунок 2 - Газодинамический профиль камеры сгорания и сопла [6]

- входная часть сопла профилируется образующей с углом к горизонту θ = 30-45˚ и двумя радиусами R₁ = (0,7÷1)R_kp и R₂ = (1÷1,5)R_kp, сопряжение критического сечения и профилированного сопла происходит по радиусу скругления R_скр = 0,45·R_кр (см. рисунок 2);

- по известной из газодинамическго расчета безразмерной площади сопла , определяется диаметр среза сопла;

Рисунок 3 - Профилирование сопла

- определяется угол на выходе из сопла β_а, который может быть либо принят равным (10÷12)˚, либо рассчитан по формуле:

, (5)

где ρ_а – плотность продуктов сгорания на срезе сопла;

α_а – угол Маха на срезе сопла, определяемый по формуле: , где М_а – число Маха на срезе сопла.

- определяются угол на входе в сопло β_m и длина сопла L_с. Для этого можно воспользоваться номограммами β_а и β_m в координатах R_а/R_кр и L_с/R_кр (рисунок 4). С помощью номограммы β_а при известном отношении R_а/R_кр, которое представляет собой квадратный корень из , определяется отношение L_с/R_кр, из которого находится длина сопла L_с; с помощью другой номограммы по известным координатам R_а/R_кр и L_с/R_кр находится угол на входе в сопло β_m;

- построение профилированного сопла производится методом парабол: от критического сечения сопла откладывается луч под углом β_m, от среза сопла – луч под углом β_а. Два образовавшихся отрезка делятся на равное число одинаковых участков (от 5 до 7), как это показано на рис. 3. Каждая точка одного отрезка соединяется с соименной ей точкой второго: первая точка с первой, вторая точка со второй и т.д. Касательная к получившейся ломаной линии и будет являться профилем сопла.

Рисунок 4 - Номограммы β_а и β_m в координатах R_а/R_кр и L_с/R_кр для определения размеров сопла [5]

5)Получив профиль сопла можно построить график изменения газодинамических характеристик потока: скорости W, давления p и температуры T по длине сопла. Газодинамические характеристики продуктов сгорания в сечениях сопла с определены газодинамическим расчетом (см. рис. 1 – второй столбец, где =1, соответствует критическому сечению, третий и последующие столбцы соответствуют соплу), нужно определить сечения по длине сопла, соответствующие и в этих сечениях отложить требуемые характеристики.

6)Объем и размеры топливных баков в первом приближении можно определить по следующим формулам [9]:

- объем топливного бака в общем случае равен: V_б = ξ _б · V_т

где ξ _б – коэффициент, учитывающий наличие свободного объема бака на температурное расширение топлива, а также учитывающий гарантийные и конструктивные остатки топлива, в среднем он равен 1,05 – 1,08.

- объём бака со сферическими днищами:

где d_m – диаметр миделева сечения;

l_дн – длина днища: ;

l_б – длина бака: , здесь

m_T – масса компонента топлива, находящегося в баке;

S_M – площадь миделева сечения;

ρ_T – плотность компонента топлива [кг/м³]

- объем, заполняемый топливом:

- объем бака с эллиптическими днищами:

где l_дн – длина днища: ;

l_б – длина бака: .

- при использовании двухкомпонентного топлива, баковый отсек будет состоять из бака горючего и бака окислителя, при этом расстояние между баками: ∆l_б = (0,055÷0,06) d_m.

7)В отчете по самостоятельной работе приводятся все проводившиеся расчеты с необходимыми пояснениями. Отчет следует оформлять в соответствии с ГОСТ 2.106-96. В качестве приложения к отчету приводится альбом чертежей и плакатов в составе: общий вид изделия (чертеж на листе формата 4хА4), газодинамический профиль камеры сгорания и сопла (чертеж на листе формата А3), графики зависимости произведения газовой постоянной и температуры на срезе сопла R_aT_a, скорости продуктов сгорания на срезе сопла W_a и коэффициента изэнтропы на срезе сопла n_a от коэффициента избытка окислителя α_ок и изменения газодинамических характеристик потока: скорости W, давления p и температуры T по длине сопла (рекомендуется размещать на одном плакате, листа формата А3). Рекомендуется размещать все указанные листы на листе формата А1, так как показано на эскизе (приложение Г).

Список рекомендуемой литературы

1ГОСТ 2.104-68* ЕСКД. Основные надписи

2ГОСТ 2.105-95. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.

3ГОСТ 2.106-96. ЕСКД. Текстовые документы.

4Газодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания /под ред. В.П. Глушко. – М.: изд-во Академии Наук СССР.

5Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. – М.: Машиностроение, 1968.- 396 с.

6Волков Е.Б. и др. Жидкостные ракетные двигатели. – М.: Воениздат, 1970. – 592 с.

7Новиков В.Н. и др. Основы устройства и конструирования летательных аппаратов. – М.: Машиностроение, 1991. – 368 с.

8Пенцак И.Н. Теория полета и конструкция баллистических ракет. – М.: Машиностроение, 1974. – 344 с.

9Белов Г.В., Зоншайн С.И., Оскерко А.П. Основы проектирования ракет. – М.: Машиностроение, 1974. – 256 с.

Приложение А

(справочное)

Титульный лист в соответствии с ГОСТ 2.106-96

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова» (ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова») Кафедра «ПММ»   БАЛЛИСТИЧЕСКАЯ РАКЕТА С ЖРД, АНАЛОГ РАКЕТЫ Р-17 Самостоятельная работа по курсу «Устройство и проектирование ЛА»   Руководитель подпись ст. преподаватель дата И.О. Фамилия   Разработчик подпись студент гр. 5-57-2 дата И.О. Фамилия

Приложение Б

(справочное)

Типовая структура отчета по самостоятельной работе

Титульный лист(приложение А).

Содержание (на листах с угловым штампом – форма 2 – для первого, и форма 2а – для последующих).

Введение

Раздел должен содержать:

- общие сведения об изделии;

- габаритный чертеж изделия;

Описание выбранной конструкции

Раздел содержит:

- описание конструктивно-компоновочной схемы;

- описание соединения отсеков, примененных в изделии.