Конструирование ДЛА РДТТ

Оглавление.

Стр.

1. Аннотация.

2. Задание.

3. Выбор оптимальных параметров.

4. Изменение поверхности горения по времени.

5. Профилирование сопла.

6. Расчет ТЗП.

7. Приближенный расчет выхода двигателя на режим по

начальной поверхности горения. Геометрические характеристики заряда камеры.

8. Расчет на прочность основных узлов камеры.

9. Расчет массы воспламенительного состава.

10. Описание конструкции.

11. Спец. часть проекта. УВТ.

12. Описание ПГС.

13. Литература.

1.Анотация.

Ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ) получили в настоящее время широкое применение. Из опубликованных данных следует, что более 90 % существующих и вновь разрабатываемых ракет оснащаются РДТТ. Этому способствуют такие основные достоинства их, как высокая надежность, простота эксплуатации, постоянная готовность к действию. Наряду с перечисленными достоинствами РДТТ обладают рядом существенных недостатков: зависимостью скорости горения ТРТ от начальной температуры топливного заряда; относительно низким значением удельного импульса ТРТ; трудностью регулирования тяги в широком диапазоне.

РДТТ применяются во всех классах современных ракет военного назначения. Кроме того, ракеты с РДТТ используются в народно- хозяйственных целях, например, для борьбы с градом, бурения скважин, зондирования высоких слоев атмосферы и.д.

Разнообразие областей применения и выполняемых задач способствовало разработке большого числа различных конструкций, отличающихся габаритными, массовыми, тяговыми, временными и другими характеристиками. Некоторые представления о широте применения могут дать характеристики тяги РДТТ, находящиеся в крайних областях этого диапазона. Для РДТТ малых тяг значение тяги находится в пределах от 0,01 Н до 1600 Н. Тяги наиболее крупных двигателей достигают десятков меганьютонов. Например, для РДТТ диаметром 6,6 м тяга составляет 31 МН.

В данной работе рассмотрен вопрос проектирования в учебных ( с использованием ряда учебных пособий) РДТТ верхней ступени ракеты носителя, на смесевом топливе, полагающий знакомство с основами расчета и проектирования твердотопливных двигателей, методиками определения основных параметров двигателя, расчетом прочности, примерами проектирования топливных зарядов.

3. Выбор оптимальных параметров и топлива.

Тяга двигателя в пустоте	P(Н)=	30000
Время работы двигателя	t(с)=	25
Давление на срезе сопла	P a(Па)=	10270
Топливо ARCADENЕ 253A
Начальная скорость горения	u1(мм/с)=	1,554
Показатель степени в законе горения	n	0,26
Коэффициент температурного влияния на скорость горения	a t=	0,00156
Начальная температура топлива	tн(°С)=	20
Начальная температура топлива	Tн(К)=	293,15
Плотность топлива	r(кг/м^3)=	1800
Давление в камере сгорания	P k(Па)=	6150000
Скорость горения при заданном давлении	u(мм/с)=	4,558
Температура продуктов сгорания	T(К)=	3359,6
Молекулярный вес продуктов сгорания	m(кг/кмоль)=	19,531
Средний показатель изоэнтропы на срезе сопла	n=	1,152
Расчётный удельный импульс	Iу(м/с)=	2934,8
Расходный комплекс	b(м/с)=	1551,5
Идеальный пустотный удельный импульс	Iуп(м/с)=	3077,3
Удельная площадь среза сопла Fуд	(м^2с/кг)=	30,5
Относительная площадь среза сопла	Fотн=	54,996
Коэффициент камеры	jк=	0,980
Коэффициент сопла	jс=	0,960
Коэффициент удельного импульса	jI=	0,941
Коэффициент расхода	mс=	0,990
Коэффициент расходного комплекса	jb=	0,990
Действительный расходный комплекс	b(м/с)=	1535,828
Действительный удельный пустотный импульс	Iуп(м/с)=	2895,124
Действительный расход газа	m(кг/с)=	10,362
Площадь минимального сечения	Fм(м^2)=	0,003
Средняя поверхность горения	W(м^2)=	1,263
Высота свода	e0(мм)=	113,947
e0(м)=	0,114
Отношение площадей	k=Fсв/Fм=	3,000
Площадь свободного сечения канала	Fсв(м^2)=	0,008
Требуемая масса топлива	mт(кг)=	259,056
Количество лучей звезды	i=	6
Угол	q(°)=	67,000
e=0,7…0,8	0,750
Полуугол	q/2(р рад)=	0,585
Угол элемента звезды	a(рад)=	0,393
Первый вариант расчёта длины топливного заряда
A=	0,817
H=	0,084
Диаметр камеры	D=	0,396
Площадь камеры сгорания	Fк=	0,123
Радиус камеры	R(м)=	0,198
Отношение высоты свода к диаметру камеры	e0/D=	0,288
Относительная величина вылета крышки	m=	0,500
Величина вылета крышки	b(м)=	0,099
Приближённый обьём элиптического днища	V(м^3)=	0,008
Обьём занимаемый двумя днищами	V(м^3)=	0,016
Относительный радиус скругления свода	r/D=	0,015
Радиус скругления свода	r(м)=	0,006
Радиус скругления луча	r1(м)=	0,005
Вспомогательная площадь	F1(м^2)=	0,003
Вспомогательная площадь	F2(м^2)=	0,006
Вспомогательная площадь	F3(м^2)=	0,003
Площадь остаточного топлива	Fост(м^2)=	0,004
Длина обечайки камеры сгорания	L(м)=	1,229
Длина заряда вначале горения	L1(м)=	1,328
Длина камеры сгорания вместе скрышками	L(м)=	1,427
Относительная длина камеры	Lот=L/D=	3,605
Материал обечайки двигателя	Композит материал (стеклопласт ППН)
Плотность материала обечайки двигателя	r(кг/м^3)=	2070,000
Прочность материала обечайки двигателя	σ_в (Мпа)=	950
Материал днищ двигателя	Титановый сплав ВТ14
Плотность материала днищь двигателя	r(кг/м^3)=	4510,000
Прочность материала днищь двигателя	σ_в (Мпа)=	1000
Коэффициент запаса прочности	n=	1,400
Толщина днища	δ дн=	0,002
Толщина обечайки	δ об=	0,002
Масса обечайки двигателя
топливо заполняет одно днище	m_об=	5,679
Масса днища двигателя	m_дн=	2,572
Суммарная масса топлива, днищь и обечайки топливо заполняет одно днище	m_дв=	269,881

Приближенный расчет выхода двигателя на стационарный режим

Геометрические характеристики заряда и камеры
Диаметр заряда	D , м=	0,387
Длина заряда	l , м=	1,365
Длина камеры сгорания	L , м=	1,462
Диаметр критического сечения	d , м=	0,057
Площадь критического сечения	F_кр , м² =	0,003
Площадь проходного сечения	F=	0,005
Давление выхода на режим
Давление вскрытия сопловой диафрагмы

Характеристики топлива и условия его горения
Даление в камере сгорания	р , Мпа=	6,15
Давление воспламенения	р_В, Па=	1845000
Начальная скорость горения	u , м/с=	0,001554
Плотность топлива	r , кг/м3=	1800
Температура продуктов сгорания	Т , К=	3359,6
Молекулярный вес продуктов сгорания	m, кг/кмоль=	19,531
Показатель изоэнторпы	K=	1,164
Коэффициент тепловых потерь	c=	0,95
Коэффициент расхода	j₂₌	0,95
Показатель скорости горения	n=	0,26

Предварительные вычисления
Объем одной крышки	V_т , м³ =		0,007600335
Площадь поверхности горения	S_т , м² =		1,26
Свободный объем камеры сгорания	V_св , м³ =		0,014663394
Газодинамическая функция	A (k ) =	0,641445925
Параметр заряжания	N=	7,61987E-06

Расчет установившегося давления
Величина давления при N₁ =N	p_уст, Па=		8246824,202
Величина e' в первом приближении	0,00337207
Значение N₁ в первом приближении	7,64566E-06
Величина установившегося давления
во втором приближении	р_уст , МПа=		8,209266925
Относительное отклонение давлений
на приближениях	Dр=	0,00455415
Принимаем величину установившегося давления р_уст, Мпа		8,209266925

Расчет давления в период выхода двигателя на режим
Величина	а , с^-1 =	92,7601292
Время выхода на режим	t,с=	0,0397
Интервалы времени Dt, сек	0,00397

Время t, сек	Относительное давление	Действительное давление

0,004	0,4936	4,052
0,008	0,6406	5,259
0,012	0,7475	6,136
0,016	0,8237	6,762
0,02	0,8774	7,203
0,024	0,915	7,511
0,028	0,9411	7,726
0,032	0,9593	7,875
0,036	0,9718	7,978
0,04	0,9806	8,05

4.Изменение поверхности горения по времени.

Высота свода заряда: е₀ = 0,114м.;

Длина заряда: L = 1,328м.;

Длина луча заряда: Н = 0,070м.;

Радиус камеры сгорания: R = 0,198м.;

Величина вылета крышки: b = 0,092м.;

Радиус скругления свода: r = 0,005м.;

Радиус скругления луча: r₁ = 0,8ּr = 0,0044.;

Полуугол раскрытия лучей: β = Θ/2 = 33,53˚ = 0,585 рад.;

Угол эл-та звезды:

˚ = 0,44779 рад.;

Длина луча без радиуса скругления: x = H – r = 0,179-0,006 = 0,0781 м;

Скорость горения топлива: u = 4,558 мм/с = 0,00456м/с.;

Определим периметр и площадь горения в начале и в конце каждой фазы. Начало новой фазы соответствует параметрам конца предыдущей фазы. Полученные данные представлены в таблице.