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 |?(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 |? |0,26 |
|Коэффициент температурного влияния на |? t= | 0,00156 |
|скорость горения | | |
|Начальная температура топлива |tн(°С)= |20 |
|Начальная температура топлива |Tн(К)= |293,15 |
|Плотность топлива |?(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 |?(кг/кмоль)= |19,531 |
|Средний показатель изоэнтропы на срезе сопла |n= |1,152 |
|Расчётный удельный импульс |Iу(м/с)= |2934,8 |
|Расходный комплекс |?(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 |?к= |0,980 |
|Коэффициент сопла |?с= |0,960 |
|Коэффициент удельного импульса |?I’ |0,941 |
|Коэффициент расхода |?с= |0,990 |
|Коэффициент расходного комплекса |??’ |0,990 |
|Действительный расходный комплекс |?(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 |?(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 |?(кг/м^3)= |2070,000 |
|Прочность материала обечайки двигателя |?в (Мпа)= |950 |
|Материал днищ двигателя |Титановый сплав ВТ14 |
|Плотность материала днищь двигателя |?(кг/м^3)= |4510,000 |
|Прочность материала днищь двигателя |?в(Мпа)= |1000 |
|Коэффициент запаса прочности |n= |1,400 |
|Толщина днища |? дн= |0,002 |
|Толщина обечайки |? об= |0,002 |
|Масса обечайки двигателя | | |
| топливо заполняет одно днище |mоб= |5,679 |
|Масса днища двигателя |mдн= |2,572 |
|Суммарная масса топлива, днищь и обечайки |mдв= |269,881 |
|топливо заполняет одно днище | | |

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 |Fкр, 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 |рВ, Па= |1845000 |
|Начальная скорость горения |u, м/с= |0,001554 |
|Плотность топлива |?, кг/м3= |1800 |
|Температура продуктов сгорания |Т, К= |3359,6 |
|Молекулярный вес продуктов | |19,531 |
|сгорания |?, кг/кмоль= | |
|Показатель изоэнторпы |K= |1,164 |
|Коэффициент тепловых потерь |?= |0,95 |
|Коэффициент расхода |?2= |0,95 |
|Показатель скорости горения |?= |0,26 |

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

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

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

|Время ?, |Относительное |Действительное |
|сек |давление |давление |
| |[pic] |[pic] |
|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 |