Определение оптимального состава твердого ракетного топлива

Министерство образования и науки РФ

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра газодинамических импульсных устройств

Лабораторная работа №1:

Факультет: ЛА                                                        Приняла: Авсейко Е.О.

Группа: МБ-91

Выполнила : Трушкина М. И.

                                            Новосибирск 2012

Тема лабораторной работы: Определение оптимального состава твердого ракетного топлива.

Общие сведения:

Ракетой называют объект, получающий механический импульс, согласно третьему закону Ньютона, за счет  выбрасывания вещества, называемым рабочим телом.

Ракетный двигатель- эта та часть ракеты в которой ранее неподвижная, относительно ракеты, рабочее тело ускоряется и выбрасывается.

Пример: воздушный шар надули, отпустили, работает сжатый  воздух.

РДТТ- ракетный двигатель на твердом топливе.

Что бы получить высокую скорость ракеты нужно добиться высокой скорости истечения продуктов сгорания топлива через сопро, для этого необходимо добиться высокой температуры сгорания топлива. Реакция будет протекать интенсивней, нагретые продукты сгорания будут расширяться  и с высокой скоростью вылетать через сопро.

Для того чтобы рассчитать оптимальный состав ТРТ используем программу ASTRA 1991 года.

Задача №1:

Дано: смесевое топливо на основе алюминиевого порошка воды и спирта w(CH3OH)=30%- максимальная доля метанола. Требуется определить процент содержания алюминиевого порошка в топливе при котором скорость течения продуктов сгорания и температура в камере сгорания ракетного двигателя будет максимальна. Р=10, 20, 30, 40 атм.

Текст программы:

<inte<prsi<prr>

i=1, p=10, pA=0.005,

(10% Al[0]),

(70%C1H3O1H1[-1792]),

(20%H2O1[-3795]);

Результаты расчёта для значений P=10 атм.                                                                                                   

C1H4O,%	H2O,%	Al,%	W,м/c
30	27,79	42,11	2966
30	27,76	42,14	2966,1
30	27,68	42,22	2966
30	27,62	42,28	2965,9
30	27,58	42,32	2965,8

Результаты расчёта для значений P=20 атм.

C1H4O,%	H2O,%	Al,%	W,м/с
30	27,7	42,6	3063,1
30	27,27	42,63	3063,3
30	27,25	42,65	3063,4
30	27,2	42,7	3063,4
30	27,18	42,72	3063,3
30	27,15	42,75	3063

Результаты расчёта для значения p=30 атм.

C1H4O,%	H2O,%	Al,%	W,м/с
30	27,06	42,86	3114,9
30	27,04	42,88	3115
30	26,96	42,94	3115,1
30	26,92	42,99	3115
30	26,9	43	3114,9

Результаты расчёта для значения p=40 атм.

C1H4O,%	H2O,%	Al,%	W,м/с
30,1	26,94	42,96	3149,6
30,1	26,9	43	3149,9
30,1	26,78	43,12	315
30,1	27,74	43,16	3149,8
30,1	26,71	43,19	3149,6

Р,атм	W,м/c
10	2966,1
20	3063,4
30	3115,1
40	3150

График зависимости концентрации Al от давления P.

Вывод: Для получения максимальной скорости  ракеты нужно максимально повысить температуру образующегося в результате сгорания в топливе газа. Когда газ расширяется, достигается высокая скорость его истечения через сопло двигателя.

По результатом опытов мы видим, что лучшие свойства ракетного топлива будут проявляться при содержании в нём алюминия  42-43%, от общей массы состава топлива. По последнему графику видно, что с ростом давления увеличивается концентрация алюминия; она максимальна при Р=40 атм.

Задача №2:

Пиролиз метана.

Пиролиз- термическое разложение органических соединений без доступа воздуха. используется для получения сажи.

Необходимо определить процент выхода водорода при различных значениях температуры.

Т= 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500 К.

Текст программы:

<inte<prsi<prr>

T=800, p=1 атм,

(100% C1H4);

полученные результаты:

T,К	H,%
800	56
900	80
1000	91
1100	96
1200	98
1300	99,2
1400	99,5
1500	99,7

 Вывод: Обработав результаты, мы видим что выход водорода зависит от повышения температуры. Чем выше температура, тем больше водорода выделяется из метана. Максимальное значение выделения водорода принимает при температуре Т=1500 K.

Задача №3

Найти как меняется  процентное содержание оксидов азота 1 и 2 в продуктах распада графита, при горении топлива в атмосфере с температурами  Т= 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500 К.

Процентное содержание кислорода и азота принять равными :

ω(O2)=36,48%

ω(N2)=148,48%.

Текст программы:

<inte<prsi<prr>

T=800, p=1атм,

(148.48% N2),

(36.48% O2),

(12% C);

Результаты расчёта приведены в таблице:

T,К	NO,%	NO2,%
800	0,000066214	0,000006572
900	0,00030475	0,000011457
1000	0,0010336	0,000017896
1100	0,0028076	0,000025809
1200	0,0064552	0,000035058
1300	0,013053	0,000045466
1400	0,023858	0,000056835
1500	0,040208	0,000068954

NO+NO2(%)
0,000072786
0,000316207
0,001051496
0,002833409
0,006490258
0,013098466
0,023914835
0,040276954

Вывод: Мы определили процентные содержания оксидов азота (I) и (II) в продуктах распада графита и их зависимость от температуры. С увеличением нагрева концентрации оксидов возрастают.  Графики NO и NO+NO₂ повторяют друг друга, поскольку процентное содержание  NO₂ очень мало по сравнению с NO, поэтому при построении  зависимости суммарного содержания оксидов азота от температур  пренебрегается.