Расчет основных размеров ЖРД

Цель работы

Целью курсовой работы является закрепление знаний, полученных студентами в ходе лекций, практических занятий и лабораторных работах, в которых были изложены материалы по следующим вопросам:

- рабочий процесс в камере ЖРД;

- тяговые характеристики ЖРД;

- теплообмен в камерах ЖРД и защита стенок;

- термодинамический расчет состава и параметров продуктов сгорания

Для достижения поставленной цели в ходе курсовой работы студентами решаются следующие задачи:

-ознакомление с термодинамическими процессами в камере сгорания ЖРД;

-изучение количественных показателей изменения температур, давлений и скоростей истечения потока газов по длине сопла реального двигателя;

-подготовка и защита отчета.

Время КР -

Перечень условных обозначений, символов, единиц и терминов

R – универсальная газовая постоянная;

R_к – газовая постоянная;

n – показатель адиабаты;

Т – температура газа перед соплом;

р_к – давление газа в камере сгорания;

р_а– давление газа на срезе сопла;

р_н– давление

G_S - сумарный секундный расход топлива в камере сгорания;

w– скорость истечения газа;

F_к – площадь сечения камеры сгорания;

F_кр – площадь критического сечения;

F_а – площадь выходного сечения сопла;

L_с– длина сопла;

L_ц – длина цилиндрической части сопла;

d_к– диаметр камеры сгорания;

d_кр – диаметркритического сечения сопла;

d_а – диаметр выходного сечения сопла;

2a - угол раствора конусности сопла;

c- промежуточный параметр, характеризующий адиабатический процесс истечения газов в сопле;

V_к – объем камеры сгорания;

e -перепад давления газа в сопле.

Расчет основных размеров ЖРД.

Для выбранного топлива производится термодинамический расчет состава и продуктов сгорания в камере сгорания.

Производится ряд термодинамических расчетов равновесного расширения продуктов сгорания до различных значений давления в критическом сечении сопла, близких к ожидаемому. То из этих значений давления принимается за истинное (искомое) р_кр при котором скорость потока становится равной скорости звука.

Таким образом, давление в камере сгорания и значение n устанавливаются методом последовательных приближений. В качестве первого приближения для кислородных ЖРД величину n следует выбирать в диапазоне 1,12 ¸ 1,16, а для азотнокислых 1,18 ¸ 1,20

Определяем площадь критического сечения сопла по формуле:

где, ;

- газовая постоянная;

где R – универсальная газовая постоянная (Дж/К×кмоль);

М_О, М_Г – молекулярная масса горючего и окислителя соответственно;

g_О, g_Г – массовые расходы окислителя и горючего соответственно.

Определяем диаметр критического сечения сопла

Диаметр камеры d_к определяется значением величины f_к = F_к/F_кр и вычисленным значением F_кр

F_к = f_к× F_кр и

Для нахождения диаметра выходного сечения сопла воспользуемся формулой

где f_а - относительная площадь выходного сечения сопла

,

где e = р_к / р_а

отсюда

При известных d_к и d_кр размеры камеры сгорания полностью определяют величины V_к, 2Q и r₁ (см. Рис.1)

Рис.1.

Опыт и теоретические исследования показывают, что величина 2Q не оказывает существенного влияния на величину тяговых характеристик двигателя. Поэтому ее выбирают в пределах 60 - 120°, исходя только из конструктивных соображений. Основным при этом является стремление к сокращению длины входного конуса с одновременным обеспечением плавного входа газового потока в сопло. Этим двум требованиям удовлетворяет сопряжение цилиндрической части камеры сгорания с входным конусом, выполненное радиусом r₁ = (0.7 – 0.8)d_кр.

Объем камеры сгорания из-за сложности его расчета выражается через параметр – время пребывания топлива в камере t_К:

, так как

, следовательно , t_К = (2 - 7)10^-3 с., меньшие значения t_к соответствуют более высоким давлениям в камере и более активным топливам.

Определив V_K, определяем длину цилиндрической части камеры сгорания:

,

где V_ВХ – объем входной части сопла

.

Обычно длина L_ц цилиндрической части камеры приблизительно равна ее диаметру d_к.