S

По таблице №1 строим зависимости μ(T), C_p(T), Pr(T). И находим , , , , , .

Определяем температуры и энтальпии восстановления газа на адиабатической стенке и в выбранных сечениях сопла: T_∞ = T_i,

Температура восстановления

Температура стенки

Где – коэффициент восстановления.

,

– энтальпии при температурах восстановления и стенки.

2. Определяем коэффициенты теплообмена в выбранных сечениях сопла.

Плотность продуктов сгорания при температуре стенки:

Число Рейнольдса:

s – длина сопла по контуру, определяем графически, измеряя длину кривой от КС до расчетного сечения.

Определим значение чисел Статона:

Для учета шероховатости и конденсированной фазы вводятся коэффициенты k_ш и k_р.

, где A, m, n – коэффициенты, A = 0,0246, m = -0,3, n = 2,45;

Z – содержание к-фазы в продуктах сгорания, Z=0,35

Число Стантона с учетом поправочных коэффициентов:

Коэффициент теплоотдачи: .

Результат расчетов приведен в таблице №3.

Таблица №3.

№

По результатам расчёта строим график зависимости коэффициента α от S:

По полученным значениям видно, что самым теплонагруженным является критическое сечение, поэтому решено сделать его из тугоплавкого металла, в данном случае применен вольфрам. Длина «ленточки» трансзвуковой части сопла выбирается с учетом технологических и эксплуатационых требований. Для того, чтобы выполнить отверстие диаметром d_кр наличие «ленточки» является необходимым и отвечает требованиям технологичности конструкции. Кроме того, в процессе работы РДТТ при наличии острой кромки критического сечения происходил бы её разгар практически с первых секунд работы двигателя. Это привело бы к падению давления в камере, снижению тяги и появлению экстриситента. Поэтому с целью избежания указанных эффектов трансзвуковую часть сопла изготавливают в виде цилиндрической образующей. Однако «ленточка» не должна быть слишком длинной, поскольку в этом случае увеличиваются габаритно-массовые характеристики сопла и повышается вероятность осаждения к-фазы на входе в трансзвуковую часть сопла. Кроме того применены следующие материалы: углепластик для внутренней поверхности расширяющей части и крепления эластичного опорного шарнира, углрод-углеродный композитный материал для сужающейся части («воротник»), а также высокоплотный графит в сужающейся части сопла перед критикой.

Затем по формуле определяем конвективный тепловой поток в каждом сечении (результаты приведены в таблице №5).

Определение лучистого теплового потока.

Топливо обусловлено в первую очередь содержанием в них водяных паров и углекислого газа.

Радиационный тепловой поток от газов к стенке определяется по формуле:

Где ε_пс – эффективная интегральная излучающая способность (степень черноты) стенки и продуктов сгорания ; ε_w = 0,8 – эффективная степень черноты стенки; σ₀ = 5,67•10^-8 Вт/(м²•T⁴) – постоянная Стефана-Больцмана. Из результатов расчета термодинамических параметров (см. Приложение №1) парциальные давления: , .

Длина пути луча:

Степень черноты смеси газов H₂O и CO₂:

Степень черноты H₂O :

Давление в камере сгорания – p_k = 4 Мпа. Внутренний диаметр канала d_в = 0,07 м, наружный диаметр заряда – d_в = 0,35 м, радиус скругления щели – r_щ = 0,001 м, длина заряда – L = 1 м, длина щелевой части – L_щ = 0,33 м. Оба торца заряда свободны, поскольку используются передняя и задняя раскрепляющие манжеты. В качестве примера зададимся следующими характеристиками смесевого топлива. Плотность топлива – ρ_т = 1500 кг/м³, предел прочности топлива на растяжение – [σ_в.р] = 5 Мпа, модуль упругости топлива – E = 20 Мпа, коэффициент Пуассона – μ = 0,4, температурный коэффициент топлива линейного расширения топлива – α_т = 0,9•10^-4 К^-1, равновесная и предельно допустимая температуры эксплуатации – Т₀ = 20°С, Т₁ = 50°С. Величину предельной относительной деформации можно рассчитать по формуле

А. Напряжения при нагружении заряда внутрекамерным давлением.

Безразмерный радиус:

Давление на внешней поверхности заряда рассчитаем по зависимости:

Напряжения на внешней поверхности заряда:

- радиальные

- тангенциальные

Напряжения на внутренней поверхности заряда:

- радиальные

- тангенциальные

Для внутренней поверхности топлива рассчитаем возникающие деформации.

Деформация внутренней поверхности канального заряда :

Выбираем далее по номограммам коэффициент разгрузки :

Для и величина

Таким образом, величина кольцевой деформации канала будет равна:

.

Так как ε_t.A = 0,24≤0,25, то условие прочности выполняется.

Определим деформацию основание щели с учетом коэффициентов нагрузки.