Рульовий ракетний двигун балістичної ракети

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ  І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний аерокосмічний університет

ім. М. Є. Жуковського "ХАІ"

Кафедра 401

Рульовий ракетний двигун

балістичної ракети

Пояснювальна записка до курсового проекту

з  дисципліні "Конструкція й проектування агрегатiв РРД"

XAІ.401.444.10O.1304.0704019.01

Виконавець студент  444 гр.

                                    С.В.Короваева

                                                  Консультант.доцент

Д.I.Завiстовский

Харьков

2010

Перечень условных обозначений,символов,сокращений и терминов, 4

Введение. 6

1.Расчет параметров горения в камере ЖРД.. 7

1.1Определение условной химической формулы топлива. 7

1.2 Выбор соотношения компонентов топлива в камере ЖРД.. 8

2.Определение геометрических характеристик камеры сгорания и сопла. 10

2.1 Определение теоретических значений: 10

2.2 Определение действительных значений: 10

2.3 Расчет основных геометрических характеристик камеры и сопла двигателя. 11

2.4 Построение газодинамического профиля камеры двигателя. 13

3 Расчет смесительных элементов в камере сгорания ЖРД.. 14

3.1. Выбор типа и схемы размещения смесительных элементов на головке камеры ЖРД.. 14

3.2 Расчёт геометрических характеристик форсунок. 15

3.3 Расчет форсунок окислителя: 15

3.4 Расчет форсунок горючего: 17

3.5 Расчет периферийных форсунок завесы: 19

4 Проектрование охлаждающего тракта камеры сгорания ЖРД.. 20

4.1 Выбор схемы разводки компонентов по камере ЖРД.. 20

4.2 Расчет охлаждения камеры ЖРД.. 21

4.3 Расчет коллектора подвода горючего. 25

5 Расчет на прочность. 26

5.1 Расчет несущей способности двухслойной цилиндрической оболочки без учета осевой нагрузки. 26

5.2 Местная прочность корпуса камеры.. 31

5.3 Расчет прочности спая. 33

5.4 Расчет прочности связей. 34

5.6 Прочность наружного днища. 35

6 Описание конструкции камеры сгорания. 36

Выводы.. 39

Перечень ссылок. 40

Приложение А.. 41

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ,

СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

А – конструкторский размер, мм;

α – коэффициент теплоотдачи;

α_ок – коэффициент избытка окислителя;

β – расходный комплекс, м/с;

мольная и массовая удельные теплоемкости, Дж/(кг∙К);

D, d – диаметр, мм;

ε – степень расширения газа в сопле ;

F – площадь, м²;

g – массовая доля;

Н – размер заготовки, мм;

h – глубина дефектного слоя, мкм;

η – коэффициент динамической вязкости, Па∙с; КПД;

I, i – мольная и массовая энтальпия, кДж/кг; импульс, м/с;

א^o – мольное стехиометрическое соотношение компонентов;

K_m, K_m^o – массовое и мольное стехиометрическое соотношение                

компонентов;

L, l – длина, мм;

m – масса, кг;

m^’ – массовый (секундный) расход, кг/с;

M – число Маха; крутящий или вращающий момент, Н∙м;

N – мощность, кВт;

n – количество ступеней обработки; число оборотов, об/мин;

μ – молекулярная масса, кг/моль; коэффициент расхода ;

λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м²∙К);

n – число молей, средний показатель изоэнтропы;

ע – коэффициент кинематической вязкости, м²/с;

Р – тяга, кН; р – давление, МПа;

q – плотность теплового потока, МВт/м²;

R₀, R – универсальная и удельная газовая постоянная, кДж/(кг∙К);

r – радиус, мм;

ρ – плотность, кг/м³; пространственные отклонения заготовки, мкм;

Т – температура по шкале Кельвина, К;

-количество атомов ;

- валентность элемента;

АТ – азотный тетраксид;

ДУ – двигательная установка;

ЖРД – жидкостный ракетный двигатель;

ЛА – летательный аппарат

ВВЕДЕНИЕ

Современная двигательная установка с ЖРД представляет собой сложную систему, работа узлов и агрегатов которой взаимосвязана. Поэтому проектирование того или иного агрегата нельзя вести изолировано, без учета конструкции и работы остальных элементов установки.

Большинство камер ЖРД имеет регенеративное охлаждение, при котором осуществляется проток охладителя по охлаждающему тракту, образованному внутренней и наружной стенками камеры сгорания и сопла. С повышением давления в камере и повышением энергетических характеристик двигателя для обеспечения надежной теплозащиты стенок камеры требуется интенсификация наружного проточного охлаждения. Кроме того, при интенсивном наружном охлаждении требуется, чтобы внутренняя стенка была достаточно тонкой и изготовлена из теплопроводных материалов, например, из медных сплавов. Вследствие чего очень сложно обеспечить высокую прочность конструкции при тонкой стенке из теплопроводных, как правило, малопрочных материалов.

Наиболее сложным этапом создания камеры сгорания является проектирование и разработка конструкции охлаждающего тракта, который имеет множество различных форм и силовых связей. Заметим, что от конструкции охлаждающего тракта зависит облик всей конструкции камеры, ее прочность, надежность охлаждения и массовые характеристики.

1.РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ГОРЕНИЯ В КАМЕРЕ ЖРД

1.1Определение условной химической формулы топлива.

Массовый состав топлива выражается через относительные массовые доли элементов, содержащихся в топливе, на единицу его массы в килограммах. Прежде всего, определяются массовые составы окислителя и горючего, их стехиометрическое соотношение, а затем массовый состав топлива в целом. Для данного горючего (НДМГ – несимметричный демитилгидразин, (СН₃)₂N-NH₂) и окислителя (азотный тетраксид, N₂O₄), элементы топлива и их валентность сведены в таблицу1.1

Таблица 1.1-Атомная масса и валентность элементов компонентов

Элемент	С		H		N		O
Валентность	4		1		0, -3		-2
Атомная масса	12		1		14		16
Кол-во в компоненте	АТ	НДМГ	АТ	НДМГ	АТ	НДМГ	АТ	НДМГ
	0	2	0	8	2	2	4	0

Молекулярная масса азотного тетраксида (АТ)

Молекулярная масса НДМГ:

Мольный стехиометрический коэффициент для данного топлива:

Где -количество атомов в условной формуле компонента,

-валентность элемента.

Стехиометрическое соотношение компонентов соответствует теоретической форме уравнения химической реакции. Оно определяется по уравнению замещения валентностей элементов:

-Массовое соотношение компонентов топлива:

Где α_ок – коэффициент избытка окислителя, α_ок=1(смотри ст.).

-Молекулярная масса топлива:                                                                   

-Число атомов каждого из элементов в условной формуле топлива будет рассчитываться по формуле:

;

-Полученная условная формула топлива:

1.2 Выбор соотношения компонентов топлива в камере ЖРД

Соотношение между горючим и окислителем в топливной композиции оказывает существенное влияние на энергетические характеристики этого топлива. Удельный импульс тяги Iуд имеет максимум при _ок ≤ 1, при этом условии снижается температура сгорания, облегчается теплозащита камеры, как из-за снижения температуры, так и из-за увеличения расхода горючего, используемого в качестве охладителя. Коэффициент избытка окислителя определяем по справочнику [1].

При помощи формул екзополяции для нашего топлива определяем,  максимальный удельный импульс тяги,  для этого значения определим все необходимые, зависящие от топлива термодинамические параметры двигателя. Пользуясь приведенными данными из справочника [1,стр. 225] выбираем диапазон исследования  . Для этого воспользуемся такой формулой:

,

Где  - опорное значение удельного импульса;

- разницы давления, энтальпии и степени расширения между   опорными и необходимыми значениями;

- интерполяционные коэффициенты из справочника [1].

Таблица 1.2 - Значения удельного импульса при определенном коэффициенте избытка