Разработка жидкостного ракетного двигателя первой ступени ракетоносителя - Дипломная работа

3.14 Находится относительный расход генераторного газа 3.15 Определяем удельный импульс генераторного газа 3.16 Вычислим значение коэффициента снижения удельного импульса за счет отбора части топлива для привода насосов 3.17 Определим соотношение компонентов по ДУ (баковое соотношение компонентов) Определение подогрева рабочего тела в тракте охлаждения камеры. влияние неадиабатности процессаПри выполнении расчетов учитываем, что система подачи выбирается из условий получения минимальной массы двигательной установки при заданном давлении в камере сгорания. В источнике [3] для вытеснительной системы приведен рекомендованный диапазон изменения , оно не должно превышать 2,5…3,0 МПА, а так как давление в камере сгорания - 7 МПА, то выбираем насосную систему подачи.Давление в камере сгорания не выбирается, т.к. оно указано в задании на проектирование. Известно, что наибольшую тягу камеры обеспечивает сопло, работающее на расчетном режиме, когда давление на срезе сопла равно атмосферному ра = рн. Для ориентировочных расчетов можно применять следующий уровень давления ра [3]: для двигателя первых ступеней ракет - 40…80 КПА;С целью снижения расхода компонентов на создание внутреннего охлаждения применяется пленочное охлаждение. Выберем предварительное значение оптимального коэффициента избытка окислителя в ядре потока по графику , приведенному в справочнике [2]. Для ориентировочных расчетов могут быть приняты следующие значения относительного расхода на пленочное охлаждение [3]: для камер с тягой до 300 Кн -; По таблицам справочника [2] для топлива Керосин и О2ж при МПА, , для принятых в п.1.3.2 значений находим плотность топлива и удельный импульс тяги в пустоте . Если значения , и не совпадают, то по данным в таблице значениям , находим методом интерполяции значения по формуле: , (1) где - энтальпия топлива, - коэффициенты экстраполяции из справочника [2].При работе двигателя (в реальных условиях) имеют место потери удельного импульса тяги, вследствие несовершенства процесса горения, неравномерности течения газа, трения и других причин. Выберем коэффициент , учитывающий потери импульса изза несовершенства рабочего процесса непосредственно в камере сгорания. Определим теоретическое значение геометрической степени расширения сопла для ядра потока : , (2) С помощью таблиц справочника /2/ для топлива Керосина и О2ж определяем "опорные" значения , , а также коэффициенты экстраполяции при МПА, : ; = - 29,01; ; , . Для определения оптимальной степени укорочения сопла зададимся несколькими ее значениями: Рассчитаем безразмерные радиусы: Определим потери на рассеяние при различных степенях укорочения сопла: ;С учетом принятых значений коэффициентов избытка окислителя в ядре потока, при известном , определим значение расходного комплекса. Определим коэффициент скорости на входе в сопло. В первом приближении берем из учебного пособия [3], определяем предварительное значение и уточняем его по следующей формуле: . , где n = 1,144 - средний показатель изоэнтропы расширения в интервале от рсо до ра для ядра потока, определяется для соответствующей степени расширения ? = 2000. Среднее значение скорости в выходном сечении сопла: Определим газовую постоянную для условий течений в выходном сечении сопла: , где R0 - универсальная газовая постоянная, ?а - средняя молекулярная масса для ядра потока, выбирается по справочнику [2] для соответствующего значения ? = 2000.Окончательно выбираем схему ЖРД с насосной системой подачи топлива, без дожигания генераторного газа, приведенного на рис.4, с двухкомпонентн-м газогенератором, работающим на компонентах топлива основного топлива. Охладителем является горючее, т. к оно имеет меньшую коррозионную активность, зазор охлаждающего тракта получается меньшим и, следовательно, более технологичным. Регулятор соотношения компонентов для камеры сгорания (регулируемый дроссель) поставим на линию горючего, т. к расход на ней меньшей габариты и регулятора получаются более приемлемыми, а достижение заданного перепада давления на регуляторе сопровождается меньшей потерей мощности насоса..

..

Принимаем....Выбираем3.9 Выбираем КПД насосов Принимаем Принимаем3.12 Найдем повышение давления в насосахДлину сверхзвуковой части сопла определим с помощью выражения: По зависимости из методических указаний [3], для рассчитанных и определим углы наклона контура на входе в закритическую часть сопла и на срезе сопла Зная число форсунок в ядре головки , а также массовые расходы компонентов, можно определить расходы этих компонентов через одну форсунку: массовый расход через одну двухкомпонентную форсунку генераторного газа: , где - массовый расход генераторного газа через форсунки. Зная расход окислителя, определим потребный перепад давления на форсунке: , где - плотность окислителя перед форсункой, - площадь сопла форсунки. Охладитель, протекая по тракту охлаждения, образованному стенкой, рубашкой корпуса, внутренним и средним днищами головки камеры, поглощает все тепло, передаваемое стенке и днищу. П

Содержание

Перечень условных обозначений и сокращений

Введение

1. Выбор системы подачи, схемы и основных параметров

1.1 Выбор системы подачи и схемы двигателя

1.2 Выбор величины давления в камере сгорания и в выходном сечении сопла

1.3 Выбор коэффициента избытка окислителя для случая применения пленочного охлаждения

1.4 Выбор и определение коэффициентов, характеризующих совершенство процессов в камере сгорания и сопле

2. Тепловой расчет камеры

3. Определение параметров системы подачи

3.1 Перепад давления в охлаждающем тракте камеры

3.2 Перепад давления на форсунках

3.3 Перепад давления на регуляторе тяги

3.4 Перепад давления на регуляторе соотношения компонентов

3.5 Гидравлическое сопротивление подводящих магистралей с сопротивлением согласующих дроссельных шайб и отсеченных клапанов

3.6 Давление в газогенераторе

3.7 Давление в выхлопной системе на выходе из турбины при реактивном выхлопе

3.8 Давление на входе в насосы

3.9 Выбираем КПД насосов

3.10 Подсчитаем давление подачи компонентов

3.11 Давление подачи горючего по линии камеры и газогенератора

23.12 Найдем повышение давления в насосах

3.13 Определение удельных работ насосов окислителя, горючего и турбины

В данном дипломном проекте был разработан жидкостный ракетный двигатель первой ступени ракетоносителя, работающего на топливе Керосин и О2ж.

В результате проведенного анализа, была разработана пневмогидравлическая схема двигателя и выбрана компоновочная схема двигательной установки.

Для проектируемого двигателя был проведен термогазодинамический расчет, в котором получены основные параметры двигателя: расход горючего, расход окислителя, удельный импульс в пустоте, удельный импульс у Земли, давление газа на срезе сопла. В ходе этого расчета также были получены основные параметры системы топливоподачи двигателя, спрофилирован внутренний контур камеры, спроектирована и рассчитана системы смесеобразования камеры.

Произведен расчет проточного охлаждения камеры. В качестве охладителя был выбран керосин. Были рассчитаны параметры системы охлаждения, рассчитано оребрение охлаждающего тракта, обеспечивающее прочность стенки камеры и улучшающее теплоотвод от стенки в охладитель. Расчеты показали, что керосин обеспечивает хороший теплоотвод от стенки обеспечивая ее защиту.

Далее, опираясь на разработанную конструктивную схему двигателя и проведенные расчеты, была проведена конструктивная разработка основных сборочных единиц камеры - смесительной головки, средней части сопла, а также их деталей. Одновременно с конструированием сборочных единиц камеры и деталей были выбраны материалы для их изготовления и рассчитана их прочность.

Особое внимание в дипломном проекте было уделено созданию надежного теплосъема камеры посредством регенеративного охлаждения, поясов завесы.

В проекте была рассчитана себестоимость изготовления двигателя и двигательной установки, а также различные затраты, связанные с изготовлением. Были описаны условия труда при проектной деятельности.

Перечень условных обозначений и сокращений

Обозначения

А - геометрическая характеристика центробежной форсунки;

D, d - диаметр, м;

F - площадь, м2;

Н - шаг между форсунками, м;

- удельный импульс, м/с;

Km, Km° - массовое и массовое стехиометрическое соотношение компонентов топлива;

L, 1 - длина, м;

n - средний показатель изоэнтропы;

Р - тяга, КН;

р - давление, МПА;

Ro - универсальная газовая постоянная, W - скорость рабочего тела, м/с;

z - степень укорочения сопла;

аок - коэффициент избытка окислителя;

? - расходный комплекс, м/с;

? - степень расширения газа в сопле;

? - приведенная скорость;

? - степень расширения газа в турбине;

? - плотность, ? - время, с.

Сокращения

ГГ - газогенератор;

ДУ - двигательная установка;

ЖРД - жидкостный ракетный двигатель;

ЛА - летательный аппарат;

ОС - окружающая среда;

ПДК - предельно допустимая концентрация;

Индексы а - выходное сечение сопла;

г - горючее;

кс - камера сгорания;

маг - магистраль;

ок - окислитель;

опт - оптимальный;

п - пустотный;

пр - пристеночный;

р - расчетный;

с - вход в сопло;

т - топливо, турбина;

t - теоретический;

ф - форсунка;

я - ядро;

* - критическое сечение.

Введение

В настоящее время ведется интенсивное освоение космического пространства. Это требует разработки новых ракетных двигателей различных типов, как маршевых, так и вспомогательных, в широком диапазоне тяг.

С помощью современных космических аппаратов различного назначения решается комплекс народно-хозяйственных, военных и научно-технических задач. Дальнейшее эффективное освоение космического пространства требует разработки более надежных и экономичных РД с параметрами и характеристиками, позволяющими быть конкурентоспособными на мировом рынке.

Для выполнения основных требований задания, выбирается соответствующая схема двигателя, система подачи и охлаждения, величина давления в выходном сечении сопла, значение коэффициента избытка окислителя, допустимый уровень потерь в камере сгорания, сопле.

Результаты проектных расчетов используются в качестве исходных данных для детального проектирования двигателя, а также отдельных его узлов и систем. Детальное проектирование может потребовать корректировки данных проектного расчета. В этом случае вносятся изменения в значения параметров, принятых предварительно, и расчет уточняется.Книги

1 Алемасов, В.Е. Теория ракетных двигателей [Текст] /В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П. Тишин. - М.: Машиностроение, 1980.

2 Глушко В.П. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания (том 2) [Текст] /В.П. Глушко. АН СССР, 1971.

3 Дубинкин Ю.М. Тепловой расчет и проектирование камеры ЖРД [Текст]: Методические указания/Ю.М. Дубинкин, В.С. Кондрусев, А.С. Фрейдин. - Куйбышев: КУАИ, 1974.

4 Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей [Текст] /М. С Штехер. - М.: Машиностроение, 1976.

5 Кудрявцева В.М. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей [Текст] /В.М. Кудрявцева. - М.: Высшая школа, 1983.

6 Борисов В.А. Конструкция и проектирование двигателей летательных аппаратов [Текст]: учебное пособие/В.А. Борисов, Д.Ф. Пичугин. - Самара: СГАУ, 1993. - 95с.

7 Пичугин Д.Ф. Конструкция и проектирование двигателей летательных аппаратов [Текст]: учебное пособие /Д.Ф. Пичугин. - Куйбышев: КУАИ, 1990. - 224с.

8 Пичугин Д.Ф. Проектирование двигателей летательных аппаратов [Текст]: учебное пособие/Д.Ф. Пичугин. - Куйбышев: КУАИ, 1985. - 92с.

9 Выбор материалов для деталей ДЛА [Текст]: Метод. указания к курс. и дипл. проектированию (с приложением). - Куйбышев. авиац. ин-т. Куйбышев, 1984.

10 Донченко В.К. Экологическая экспертиза [Текст]: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений/В.К. Донченко, В.М. Питулько, В.В. Растоскуев и др. - М.: Издателький центр "Академия”, 2004. - 480 с.

11 Гардинер У. Химия горения [Текст] /У. Гардинер. - М.: Мир, 1988. - 464 с.

Стандарты, сборники стандартов

1. ГОСТ 12.1.038-82 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов.

2. ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

3. САНПИН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.

4. САНПИН 2.2.1/2.1.1.12 78-03 Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению общественных и жилых зданий.

Размещено на