Теплоемкость продуктов сгорания:
Ср
= 3345 
;
Коэффициент динамической вязкости:
η = 0,9330 
;
Коэффициент теплопроводности:
λ = 0,9812
;
Массовый расход продуктов сгорания:
кг/сек;
Смоченный периметр заряда:
П = 0,7734 м.;
Начальная площадь проходного сечения:
Fсв = 0,00776 м2 ;
Эквивалентный гидравлический диаметр:
Приведенный диаметр проходного сечения (для расчета лучистого теплового потока):
Средняя длина луча:
l = 0,9ּdсв. = 0,9ּ0,283 = 0,0895м.;
Средняя плотность продуктов сгорания:
Принимаем температуру поверхности Тст = 2100К;
Переднее Днище.
Коэффициент конвективной теплоотдачи (свободная конвекция):
, где γ – ускорение = 9,81 м/с.; тогда
Определяем коэффициент лучистой теплоотдачи:
Коэффициент Стефана-Больцмана: C0
= 5,67 
Массовая доля конденсата:
Z = 0,317;
Принимаем оптический диметр частиц:
d32 = 3 мкм.;
Степень черноты изотермического потока продуктов сгорания:
εр = 0,229 +0,061ּd32 + 0,00011ּТ – 0,3684ּZ+0.00502ּp-0,00338ּl =
= 0,229 +0,061ּ3 + 0,00011ּ3411 – 0,3684ּ0,317+0.00502ּ10-0,00338ּ0,2547 = 0,6965;
Принимаем степень черноты материала:
εст. = 0,8;
Эффективная степень черноты:
εэф.ст. = (1+ εст. )/2 = (1+0,8)/2 = 0,9;
Лучистый тепловой поток:
Коэффициент лучистой теплоотдачи:
Суммарный коэффициент теплоотдачи:
α = αл
+ αк
= 3046,02+687,41 = 3733,425 
Заднее днище.
Коэффициент конвективной теплоотдачи (вынужденной):
Nu = 0,023ּRe0,8 ּPr0,4 ;
Определяем скорость продуктов сгорания у заднего днища:
Критерий Рейнольдса:
Критерий Прандтля:
;
Критерий Нюсельта:
Nu = 0,023ּ1826929,5280,8 ּ0,30880,4 = 774,04;
Коэффициент конвективной теплоотдачи:
Коэффициент лучистой теплоотдачи:
αл
= 3046,02
α = αл
+ αк
= 18914,7+3046,02 = 21960
Критическое сечение.
Давление продуктов сгорания в критическом сечении:
Ркр = 3534720 Па;
Температура в основном потоке газа:
Т = 3162,3 К;
Температура торможения:
Т0 = 3359,6 К;
Средний молекулярный вес продуктов сгорания:
μ = 19,410 кг/кмоль;
Теплоемкость ПС:
Ср = 1898 ;
Коэффициент динамической вязкости:
η = 0,0000879 
η0
= 0,0000915
Коэффициент теплопроводности:
λ = 0,8914 ;
Массовый расход ПС:
кг/сек;
Площадь критического сечения:
Fм = 0,0026 м2 ;
Диаметр минимального сечения: dм = 0,057м.;
Температура поверхности: Тст. = 2300 К;
Критерий Прандтля:
;
Определяющая температура:
Тf = 0,5ּ(Т+Тст )+0,22ּPr1/3 (T0 -T) = 0,5ּ(3195+2300) +0,22ּ0,3111/3 (3411-3195)=2756,1 К;
Коэффициент динамической вязкости при Тf :
ηf
= 0,0000798
Плотность газа при Тf :
Плотность газа при Т0 :
Поправка:
;
Радиус кривизны:
r = dм /2 = 0,057/2 = 0,0287 м.;
Коэффициент конвективной теплоотдачи:
Коэффициент лучистой теплоотдачи:
qл – лучистый тепловой поток в камере сгорания.
Суммарный коэффициент теплоотдачи:
α = αл
+ αк
= 2224,73+56687,34 = 58912,068
Срез сопла.
Давление продуктов сгорания в критическом сечении:
Ркр = 10270 Па;
Температура в основном потоке газа:
Т = 1480 К;
Температура торможения:
Т0 = 3660 К;
Средний молекулярный вес продуктов сгорания:
μ = 19,42 кг/кмоль;
Теплоемкость ПС:
Ср = 1650,1 ;
Коэффициент динамической вязкости:
η = 0,00006452
η0
= 0,00008
Коэффициент теплопроводности:
λ = 0,1745 ;
Массовый расход ПС:
кг/сек;
Площадь среза сопла:
Fа = 0,14233 м2 ;
Диаметр на срезе сопла: dа = 0,458м.;
Температура поверхности: Тст. = 1600 К;
Критерий Прандтля:
;
Определяющая температура:
Тf = 0,5ּ(Т+Тст )+0,22ּPr1/3 (T0 -T) = 0,5ּ(1480,3+1600) +0,22ּ0,44971/3 (3360-1480)=1990 К;
Коэффициент динамической вязкости при Тf :
ηf
= 0,00006036
Плотность газа при Тf :
Плотность газа при Т0 :
Поправка:
;
Радиус кривизны:
r = dа /2 = 0,5188/2 = 0,2594 м.;
Коэффициент конвективной теплоотдачи:
Коэффициент лучистой теплоотдачи:
Суммарный коэффициент теплоотдачи:
α = αл
+ αк
= 25,678+143,641 = 169,32
Расчет ТЗП.
1.Переднее днище.
Время работы двигателя 25 секунд.
Материал стенки: ВТ-14;
Плотность: ρМ = 4510 кг/м3 ;
Прочность материала днища: σ = 1000 МПа;
Теплоемкость титанового сплава: СрМ
= 586 
Теплопроводность: λМ
= 16,9 
Коэффициент теплопроводности: аМ = 0,00000642 м2 /сек;
Толщина днища: δдн = 0,00445 м.;
Допустимая температура стенки: Тg = 900 К;
Начальная температура материала: Т = 293,15 К;
Материал теплозащитного покрытия: ZiO2 ;
Плотность: ρп = 4400 кг/м3 ;
Теплоемкость покрытия: СрП
= 733
Теплопроводность: λП
= 0,72
Коэффициент теплопроводности: 
Коэффициент теплоотдачи: α = 4168,836
Определяем толщину ТЗП для ряда температур стенки (титанового сплава):
Диапазон экслуатационных температур разделим на равные промежутки и проведем расчет по следующим формулам для каждого из них. Данные представлены в таблице:
Температурный симплекс:
;
Коэффициенты аппроксимации, при μ = 0,2…20;
;
| Допустимы ряд темпер-тур Т (К) |
600 |
650 |
700 |
750 |
800 |
850 |
| q= |
0,8999 |
0,8836 |
0,8673 |
0,8510 |
0,8347 |
0,8184 |
| lgq0= |
0,0122 |
|||||
| С= |
0,4000 |
|||||
| А= |
0,4500 |
|||||
| lgq-lgq0= |
-0,0580 |
-0,0659 |
-0,0740 |
-0,0823 |
-0,0907 |
-0,0992 |
| 1/М= |
0,0036 |
0,0036 |
0,0036 |
0,0036 |
0,0036 |
0,0036 |
| δп(м)= |
0,0067 |
0,0061 |
0,0056 |
0,0051 |
0,0048 |
0,0045 |
2.Заднее днище.
Время работы двигателя 25 секунд.
Материал стенки: ВТ-14;
Плотность: ρМ = 4510 кг/м3 ;
Прочность материала днища: σ = 1000 МПа;
Теплоемкость титанового сплава: СрМ
= 586
Теплопроводность: λМ
= 16,9
Коэффициент теплопроводности: аМ = 0,00000642 м2 /сек;
Толщина днища: δдн = 0,00445 м.;
Допустимая температура стенки: Тg = 900 К;
Начальная температура материала: Т = 293,15 К;
Материал теплозащитного покрытия: ZiO2 ;
Плотность: ρп = 4400 кг/м3 ;
Теплоемкость покрытия: СрП
= 733
Теплопроводность: λП
= 0,72
Коэффициент теплопроводности:
Коэффициент теплоотдачи: α = 4168,836
Определяем толщину ТЗП для ряда температур стенки (титанового сплава):
Диапазон экслуатационных температур разделим на равные промежутки и проведем расчет по следующим формулам для каждого из них. Данные представлены в таблице:
Температурный симплекс:
;
Коэффициенты аппроксимации, при μ = 0,2…20;
;
| Допустимы ряд темпер-тур Т (К) |
600 |
650 |
700 |
750 |
800 |
850 |
| q= |
0,8999 |
0,8836 |
0,8673 |
0,8510 |
0,8347 |
0,8184 |
| lgq0= |
0,0122 |
|||||
| С= |
0,4000 |
|||||
| А= |
0,4500 |
|||||
| lgq-lgq0= |
-0,0580 |
-0,0659 |
-0,0740 |
-0,0823 |
-0,0907 |
-0,0992 |
| 1/М= |
0,0036 |
0,0036 |
0,0036 |
0,0036 |
0,0036 |
0,0036 |
| δп(м)= |
0,0068 |
0,0062 |
0,0057 |
0,0053 |
0,0050 |
0,0046 |
3.Критическое сечение.
Время работы двигателя 18 секунд.
Материал стенки: ВТ-14;
Плотность: ρМ = 4510 кг/м3 ;
Прочность материала днища: σ = 1000 МПа;
Теплоемкость титанового сплава: СрМ
= 586
Теплопроводность: λМ
= 16,9
Коэффициент теплопроводности: аМ = 0,00000642 м2 /сек;
Толщина днища: δдн = 0,004 м.;
Допустимая температура стенки: Тg = 800 К;
Начальная температура материала: Т = 293,15 К;
Материал теплозащитного покрытия: Углерод (пирографит);
Плотность: ρп = 2200 кг/м3 ;
Теплоемкость покрытия: СрП
= 971
Теплопроводность: λП
= 5
Коэффициент теплопроводности: 
Коэффициент теплоотдачи: α = 77954,46
Определяем толщину ТЗП для ряда температур стенки (титанового сплава):
Диапазон экслуатационных температур разделим на равные промежутки и проведем расчет по следующим формулам для каждого из них. Данные представлены в таблице:
Температурный симплекс:
;
Коэффициенты аппроксимации, при μ = 0,2…20;
;
| Допустимы ряд темпер-тур Т (К) |
600 |
650 |
700 |
750 |
800 |
850 |
| q= |
0,8931 |
0,8756 |
0,8582 |
0,8408 |
0,8233 |
0,8059 |
| lgq0= |
0,0122 |
|||||
| С= |
0,4000 |
|||||
| А= |
0,4500 |
|||||
| lgq-lgq0= |
-0,0613 |
-0,0699 |
-0,0786 |
-0,0875 |
-0,0966 |
-0,1059 |
| 1/М= |
0,0049 |
0,0049 |
0,0049 |
0,0049 |
0,0049 |
0,0049 |
| δп(м)= |
0,0271 |
0,0250 |
0,0233 |
0,0218 |
0,0205 |
0,0194 |
4.Срез сопла.
Время работы двигателя 18 секунд.
Материал стенки: ВТ-14;
Плотность: ρМ = 4510 кг/м3 ;
Прочность материала днища: σ = 1000 МПа;
Теплоемкость титанового сплава: СрМ
= 586
Теплопроводность: λМ
= 16,9
Коэффициент теплопроводности: аМ = 0,00000642 м2 /сек;
Толщина днища: δдн = 0,004 м.;
Допустимая температура стенки: Тg = 900 К;
Начальная температура материала: Т = 293,15 К;
Материал теплозащитного покрытия: SiC;
Плотность: ρп = 1700 кг/м3 ;
Теплоемкость покрытия: СрП
= 1250
Теплопроводность: λП
= 4,19
Коэффициент теплопроводности: 
Коэффициент теплоотдачи: α = 1227,904
Определяем толщину ТЗП для ряда температур стенки (титанового сплава):
Диапазон экслуатационных температур разделим на равные промежутки и проведем расчет по следующим формулам для каждого из них. Данные представлены в таблице:
Температурный симплекс:
;
Коэффициенты аппроксимации, при μ = 0,2…20;
;
| Допустимы ряд темпер-тур Т (К) |
600 |
650 |
700 |
750 |
800 |
850 |
| q= |
0,7415 |
0,6994 |
0,6573 |
0,6152 |
0,5731 |
0,5309 |
| lgq0= |
0,0122 |
|||||
| С= |
0,4000 |
|||||
| А= |
0,4500 |
|||||
| lgq-lgq0= |
-0,1421 |
-0,1675 |
-0,1944 |
-0,2232 |
-0,2540 |
-0,2872 |
| 1/М= |
0,0037 |
0,0037 |
0,0037 |
0,0037 |
0,0037 |
0,0037 |
| δп(м)= |
0,0022 |
0,0014 |
0,0008 |
0,0002 |
0,0002 |
0,0005 |
8.Расчет на прочность камеры сгорания.
Свойство материала корпуса (обечайки):
Стеклопластик:
σв = 950 МПа;
Е = 39,2ּ103 МПа;
Днища:
Титановый сплав:
σв = 1000 МПа;
Толщина обечайки:
δоб = 0,002 м.;
Длина: Lоб. = 1,229 м.;
Диаметр камеры сгорания:
Dк = 0,5443 м.; Rк = 0,200 м.;
Толщина эллиптического днища:
δдн. = 0,002 м.;
Относительная величина вылета крышки:
m= 0,5;
Величина вылета крышки:
b = 0,099 м.;
Напряжения от внутренних сил:
Для обечайки:
Суммарное напряжение:
Коэффициент запаса прочности:
Для эллиптического днища:
Суммарное напряжение:
Коэффициент запаса прочности:
Расчет на устойчивость.
Определяем является ли оболочка длинная. Если выполняется условие 
, то оболочка считается длинной.
- Оболочка считаем длинной;
Критическое внешнее давление:
Критическое число волн:
Устойчивость от сжатия осевыми силами:
Критическое осевое усилие:
Критическое напряжение сжатие:
=266907МПА
Устойчивость при изгибе обечайки:
Принимаем α с = 0,5.
9. Расчет массы воспламенителя.
Состав воспламенителя:
Горючее: Бор + Алюминий;
Окислитель: PbCrO4 ;
Воспламенитель находится в петардах.
Воспламенительное устройство корзинного типа.
Давление при котором начинается воспламенение основного заряда
Pк нач. =3500000 Па;
Расчет массы воспламенителя.
Выбираем на 1 м2 горящей по поверхности заряда 0,13 … 0,2 кг. Воспламенительного состава.
SI,П = 1,26 м2 – начальная площадь поверхности горения.
mВ = 0,23 кг.
Определяем размер петард:
dнар = 0,068 м.; dвн. = 0,02 м.;
ρВ
= 1640 
Определяем объем занимаемый петардами:
Определяем площадь поперечного сечения:
Определяем длину воспламенителя:
Определяем число петард:
Максимальное число шашек может быть до 20 мм. Выбираем 10 мм.
Выбираем число петард 14.
Между петардами помещаются резиновые площадки для уменьшения образование пороховой «пыли». Наличие пороховой «пыли» нежелательно, т.к. она может привести к нестабильной работе воспламенителя и к увеличению полей разбросов его характеристик .
10. Описание конструкции.
Корпус двигателя выполнен из стеклопластика, методом спирально-поперечной намотки.
На
28-04-2015, 23:36