книги / Методические указания по освоению дисциплины Основы конструирования ракетных двигателей твердого топлива для студентовспециалитета по направлению 24.05.02 Проектирование авиацио

Составитель В.Я. Модорский

М54

Рецензент доктор технических наук, профессор,

декан аэрокосмического факультета Пермского национального исследовательского политехнического университета Р.В. Бульбович (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Методические указания по освоению дисциплины «Основы констМ54 руирования ракетных двигателей твердого топлива» для студентов специалитета по направлению 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» / сост. В.Я. Модорский. – Пермь: Изд-во Перм.

нац. исслед. политехн. ун-та, 2018. – 14 с.

Приведены список тем учебной дисциплины и ссылки на основную и дополнительную литературу. Предназначено для студентов технических вузов.

Утверждены на заседании кафедры ракетно-космической техники и энергетических систем: протокол № 16 от 31.02.2018 г.

© ПНИПУ, 2018

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Представлена часть учебно-методического комплекса дисциплины «Основы конструирования ракетных двигателей твердого топлива» – методические указания для студентов специалитета по направлению 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей».

Одним из видов изучения дисциплины является самостоятельная работа по программе курса с использованием учебников, учебных пособий, презентаций, конспектов лекций.

Самостоятельная работа организуется в соответствии с использованными в учебном процессе формами учебных занятий. При выполнении самостоятельной работы студент готовит себя к успешному выполнению контрольно-измерительных мероприятий по курсу и, что самое важное, повышает эффективность получения профессиональных знаний.

Самостоятельной работой рекомендуется заниматься системно. Изучаемый материал следует конспектировать, обдумывать и использовать на практике получаемые значения, навыки и умения. При возникновении трудностей по тем или иным вопросам необходимо искать ответы путем обсуждения их с преподавателем.

Методические указания по дисциплине «Основы конструирования ракетных двигателей твердого топлива» в лекционной и практической части обучения содержат краткое изложение программы и контрольные вопросы.

4

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ СТУДЕНТАМ ПО ОСВОЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ «ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА»

1. Цели и задачи дисциплины

Цель учебной дисциплины – формирование системы знаний и компетенций в области конструирования ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) и расчета ракетных двигателей твердого топлива.

Задачи учебной дисциплины:

–освоение общих основ конструирования и производства РДТТ;

–формирование умения выбирать рациональные конструктивные схемы, удовлетворяющие требованиям аэродинамики, прочности, жесткости, минимальной массы, эксплуатации и технологии производства

сучетом назначения ЛА и оформлять законченные проектно-конструк- торские работы;

–формирование навыков использования теоретических и практических материалов в работах по проектированию и технологии изготовления ЛА с использованием современных средств автоматизированного проектирования;

–привитие студентам навыков конструирования РДТТ с проведением необходимых расчетов конструкции.

Предметомосвоения дисциплины являются следующиеобъекты:

–конструкция РДТТ;

–процессы конструирования РДТТ;

–особенности конструирования РДТТиз композиционных материалов. В результате изучения дисциплины обучающийся должен демонст-

рировать следующие результаты:

знать:

содержание типового технического задания;

классификацию РДТТ;

требования к топливному заряду;

особенности работы теплозащитных материалов;

основные конструктивные схемы РДТТ, элементы конструкции

РДТТ;

5

характеристики волокнистых композиционных материалов для несущих конструкций;

особенности систем автоматизированного проектирования РДТТ

области применения систем автоматизированного проектирования РДТТ;

требования к алгоритмам САПР;

общие сведения о суперкомпьютерной технике;

общие сведения о расчете ВБХ РДТТ;

общие сведения о расчете на прочность твердотопливных зарядов РДТТ;

общие сведения о тепловом расчете РДТТ;

уметь:

пользоваться справочной литературой, выбирать марку материала с учетом условий эксплуатации изделия и реальных возможностей производства;

проводить анализ конструктивных схем РДТТ;

проводить расчет корпуса типа «кокон»;

пользоваться справочной литературой по САПР;

оценивать эффективность суперкомпьютеров при проектировании РДТТ;

осуществлять сбор, обработку, анализ и систематизацию научно-

технической информации в области проектирования, производства

иэксплуатации ракетных двигателей твердого топлива;

проводить расчет ВБХ РДТТ;

проводить расчет на прочность твердотопливных зарядов РДТТ;

проводить тепловой расчет РДТТ;

разрабатывать рабочие чертежи элементов конструкции РДТТ

исборочного чертежа РДТТ с использованием современных средств автоматизированного проектирования.

владеть:

основами технологии производства корпусов РДТТ из композиционных материалов;

основами расчета металлических элементов конструкций РДТТ;

основами расчета элементов конструкций из композиционных материалов;

6

основами работы в современных САПР;

информацией о современных САПР РДТТ;

основами конструирования изделий из полимерных композиционных материалов;

навыками разработки конструктивной схемы РДТТ.

2. Организация учебного процесса

Учебным планом для студентов предусмотрены следующие занятия

иаттестации по дисциплине «Основы конструирования ракетных двигателей твердого топлива»:

лекции – 18 часов; практические занятия – 32 часа;

контроль самостоятельной работы – 4 часа; самостоятельная работа студентов – 54 часа; экзамен.

На лекциях излагаются основные положения и более сложные темы курса. Остальные темы изучаются студентами самостоятельно.

Обязательным является выполнение студентами всех практических заданий, предусмотренных программой курса. Студенты, пропустившие

ине отработавшие практики, к экзамену не допускаются.

На практических занятиях изучаются методики расчета и проектирования элементов конструкций РДТТ, проводится промежуточный контроль по пройденным разделам курса.

Аттестация студента по курсу включает:

•опрос для анализа усвоения материала предыдущей лекции;

•выполнение контрольных работ;

•выполнение практических работ;

•экзамен.

3. Лекции, практики и контрольные вопросы Содержание разделов и тем учебной дисциплины

Модуль1. ОсновыконструированияРДТТ. Л– 7 ч, ПЗ– 16 ч, СРС– 27 ч. Раздел 1. Основы конструирования РДТТ.

Введение.

7

Основные понятия, термины и определения. Предмет и задачи дисциплины. Место дисциплины в системе подготовки специалиста. Состав дисциплины. Формы промежуточного и заключительного контроля. Рекомендуемая основная и дополнительная литература.

Тема 1. Основные сведения о РДТТ.

Конструкция двигателя. Из истории развития и применения РДТТ. Классификация РДТТ. Этапы и организация разработки РДТТ. Техническое задание наразработку РДТТ. Взаимосвязь характеристикракетыиРДТТ.

Тема 2. Твердотопливные заряды. Характеристики и конструктивная схема. РДТТ.

Требования к топливному заряду. Твердые ракетные топлива. Заряды ТРТ. Общие сведения о расчете геометрических параметров зарядов ТРТ. Общие сведения о расчете внутрибаллистических параметров РДТТ. Классификация нагрузок, действующих на РДТТ. Разработка исходной конструктивной схемы РДТТ.

Тема 3. Выбор конструкционных материалов для несущих конструкций

Металлы. Волокнистые композиционные материалы. Тема 4. Тепловая защита РДТТ.

Особенности условий работы теплозащитных материалов. Теплозащитные и эрозионностойкие материалы. Температурное состояние конструкций РДТТ.

Модуль 2. Расчеты РДТТ. Л – 11 ч, ПЗ – 16 ч, СРС – 27 ч. Раздел 2. Расчеты РДТТ.

Тема 5. Расчет и проектирование элементов конструкций РДТТ. Расчет и проектирование металлических элементов конструкций.

Расчет и проектирование элементов конструкций из волокнистых композиционных материалов. Расчет и проектирование соединений.

Тема 6. Общие сведения о расчете на прочность твердотопливных зарядов.

Особенности физико-механических свойств ТРТ. Критерии прочности. Расчетные зоны заряда. Общие сведения о расчете напряжений в заряде. Влияние геометрии заряда на прочность. Общие замечания по прочностным расчетам зарядов.

Тема 7. Проектирование специальных элементов конструкции РДТТ. Воспламенители. Способы регулирования тяги. Устройства регули-

рования тяги.

8

Тема 8. Особенности системы автоматизированного проектирования РДТТ.

Требования к алгоритмам САПР. Применение суперкомпьютеров. Методические основы проектирования РДТТ. Практические рекомендации конструктору.

Тема 9. Технологичность конструкции РДТТ.

Особенности применения конструкционных материалов. Особенности изготовления цилиндрических и слабоконических металлических корпусов РДТТ. Технологичность механически обрабатываемых деталей. Металлоемкость и коэффициент использования материала. Технологичность неметаллических конструкций. Рекомендации конструктору корпуса РДТТ по обеспечениютехнологичности приизготовлении топливного заряда.

Тема 10. Тенденции развития РДТТ.

1.Классификация и области применения ракетных двигателей твердого топлива.

2.Этапы развития двигателестроения.

3.Критерии эффективности ракетных двигателей твердого топлива.

4.Конструирование корпусов типа «кокон».

5.Назовите основные этапы расчета корпуса типа «кокон».

6.Назовите основные ФМХ конструкционных материалов силовых оболочек РДТТ (сталь, титан, алюминий, стеклопластик, органопластик, углепластик).

9

7.Назовите способы регулирования тяги.

8.Особенности условий работы теплозащитных материалов.

9.Общиесведенияо расчете напрочность твердотопливныхзарядов.

10.Применение высокопроизводительных вычислительных систем при конструирования ракетных двигателей твердого топлива.

4. Самостоятельна работа

Самостоятельная работа студента заключается в подготовке к аудиторным занятиям по разделам дисциплины, выполнении индивидуальных заданий, подготовке к практическому занятию, изучении теоретического материала по теме 4 «Армирующие и связующие материалы и матрицы, используемые при изготовлении металлических композиционных материалов. Критическая длина волокна. Методы намотки».

Индивидуальные задания

Индивидуальное задание выполняется по модулю 1 «Основы конструирования РДТТ». Тема индивидуального задания «Расчет корпуса типа «кокон». На выполнение индивидуального задания студенту отводится 14 часов.

5. Итоговый контроль освоения заданных дисциплинарных компетенций

Допуск к промежуточной аттестации осуществляется по результатам текущего и рубежного контроля. Условиями допуска является положительная интегральнаяоценкапорезультатамтекущегоирубежногоконтроля.

Промежуточная аттестация проводится в виде экзамена по дисциплине. Билет содержит теоретические вопросы для проверки усвоенных знаний, практические задания для проверки уровня освоенных умений и приобретенных владений дисциплинарных компетенций.

Типовые вопросы для контроля усвоенных знаний:

1.Назовите основные этапы расчета корпуса типа «кокон».

2.Назовите основные ФМХ конструкционных материалов силовых оболочек РДТТ (сталь, титан, алюминий, стеклопластик, органопластик, углепластик).

3.Назовите способы регулирования тяги.

10