Министерство образования и науки РФ

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Тепловые двигатели и установки»

УДК 629.762.2:531.552.001.57(083.91)

Инв № _____________

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

«Тепловые двигатели и установки»

д. ф.-м. наук, профессор

_________________А.В.Алиев

БАЛЛИСТИЧЕСКАЯ РАКЕТА С ЖРД

Газодинамический расчет

ГД 05.01.02 РР

Руководитель:

д.т.н.,проф. С.Н.Храмов

Исполнитель:

ст-т гр.5-57-3 К.И.Макаров

Ижевск 2012

Содержание

1.Введение

2.Назначение и область применения рассчитываемого объекта

3.Цель и задачи расчета

4.Газодинамический расчет камеры сгорания ЖРД

5.Расчет сверхзвуковой части сопла ЖРД

6.Расчет обтекания головной части

7.Расчет обтекания передней кромки оперения

8.Заключение

Перечень сокращений, условных обозначений, единиц и терминов

Список литературы

1 Введение

Газодинамический расчет выполняется на основании документа ГД-05.01.02 ТЗ на расчетную работу БАЛЛИСТИЧЕСКАЯ РАКЕТА С ЖРД. В данном расчете используются программы в среде MathCad, предоставленные кафедрой «Аппаратостроение» Ижевского государственного технического университета. Полученные параметры критического сечения, камеры сгорания, сопла и оперения будут использоваться в дальнейших расчетах по аэродинамике и баллистике.

2 Назначение и область применения рассчитываемого объекта

Газодинамический расчет предназначен для расчета элементов баллистической ракеты с ЖРД, а именно размеров камеры сгорания и сопла ракетного двигателя, параметров потока при торможении в вершине головной части и обтекания передней кромки оперения.

Схема изделия представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схема рассчитываемого объекта

3 Цели и задачи расчета

Цель расчета: определение размеров камеры сгорания и профилирование сопла ЖРД, расчет параметров потока в вершине головной части, расчет ударно-волновой структуры потока у передней кромки оперения.

Задачи расчета:

-определение диаметров критического сечения, камеры сгорания и среза сопла, профилирование входного участка и сверхзвуковой части сопла;

-определение параметров потока в точке полного торможения в вершине головной части ракеты;

-определение структуры и параметров потока у передней кромки оперения.

4 Газодинамический расчет камеры сгорания жрд

4.1Расчетная схема камеры сгорания ЖРД

Расчет газодинамического профиля камеры сгорания ЖРД проводится программе «kamera-1» в среде MathCad.

Рисунок 2 - Схема газодинамического профиля камеры сгорания ЖРД

4.2Исходные данные для расчета камеры сгорания ЖРД

По данным НТО «Идентификация проектных параметров баллистической ракеты» определяются исходные данные.

Исходные данные для расчета представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные для расчета профиля КС.

Тяга ЖРД на уровне моря, кН	185,746
Давление в камере сгорания, МПа	3,56
Давление на срезе сопла, МПа	0,08
Коэффициент расхода для критического сечения	0,98
Коэффициент потерь в камере сгорания	0,93
Коэффициент потерь в сопле	0,95
Время пребывания топлива в КС, мс	3,5
Коэффициент конструкции КС	6,3
Коэффициент «скругления» критики	1,5
Максимальный наклон касательной к оси КС	45
Температура ПС в КС, К	3,0716∙103
Средняя мольная масса ПС, г/моль	23,4514
Средний показатель адиабаты для ПС в КС	1,1532

Помимо исходных данных используем для расчета коэффициенты аппроксимирующих полиномов для топливной пары, которая дана в техническом задании.

4.3Условия расчета(принятые допущения)

Коэффициент расхода для критического сечения принимаем равным 0,98.

Коэффициент потерь в сопле принимаем равным 0,95.

Коэффициент потерь в камере сгорания принимаем равным 0,93.

Время пребывания топлива в камере сгорания 3,5 мс.

4.4Расчет критического сечения сопла и размеров камеры сгорания ЖРД

Расчет производится в программе «kamera-1». Все полученные параметры представлены в таблице 2.

Р асчет расхода, обеспечивающего заданную тягу ЖРД

где R_z0 – тяга ЖРД на уровне моря, W_a – скорость продуктов сгорания на срезе сопла, φ_k – коэффициент потерь в камере сгорания, φ_c – коэффициент потерь в сопле.

Определение диаметра критического сечения сопла

где T_k – температура продуктов сгорания в камере ЖРД, р_к — давление в камере сгорания, μ_kr — коэффициент расхода для критического сечения.

Определение диаметры камеры сгорания

где f_ks – относительная площадь камеры сгорания.

Определение объема входной части сопла

где l_wh – длина входной части сопла, y — координата точки сопряжения радиуса входной части сопла, h₁,h₂ – параметры входной части сопла.

О пределение длины цилиндрического участка камеры сгорания

где V_ks – объем камеры сгорания.

Таблица 2 - Параметры критического сечения сопла и КС.

Диаметр критического сечения сопла, м	0,22577
Диаметр КС, м	0,5985
Радиус околокритической части сопла, м	0,33866
Радиус входной части сопла, м	0,29925
Длина цилиндрической части КС, м	0,09609
Длина конической вставки, м	0,12148
Длина входной части сопла, м	0,45059
Длина КС. м	0,54669
Объем входной части сопла, м3	0,06458
Объем КС, м3	0,0916

По полученным параметрам строится газодинамический профиль КС.

Рисунок 3 - Газодинамический профиль камеры сгорания ЖРД