- •12.2.1 Затраты на проектирование без использования информационных технологий………………………………………………………………....90
- •1 Выбор системы подачи, схемы и основных параметров
- •1.1 Выбор системы подачи и схемы двигателя
- •1.2 Выбор величины давления в камере сгорания и
- •1.3 Выбор коэффициента избытка окислителя для случая применения плёночного охлаждения
- •1.4 Выбор и определение коэффициентов, характеризующих совершенство процессов в камере сгорания и сопле
- •2 Тепловой расчет камеры
- •3 Определение параметров системы подачи
- •4 Профилирование внутреннего контура камеры
- •4.1 Определение объема камеры сгорания и ее основных геометрических размеров
- •4.2 Профилирование контура сверхзвуковой части сопла
- •5 Определение подогрева рабочего тела в тракте охлаждения камеры. Влияние неадиабатности процесса
- •5.1 Подогрев рабочего тела в тракте охлаждения
- •5.2 Влияние неадибатности процесса на
- •6 Проектирование и расчет смесеобразования жрд
- •6.1 Выбор формы, типа и конструктивной схемы смесительной головки
- •6.2 Дополнительные устройства, располагаемые на смесительной головке камеры
- •6.3 Выбор типа форсунок
- •6.4 Выбор схем расположения форсунок на смесительной головке
- •6.5 Массовые расходы компонента
- •6.6 Расчет двухкомпонентной центробежно-центробежной форсунки
- •6.6.1 Упрощенный гидравлический расчет наружного контура двухкомпонентной центробежно-центробежной форсунки
- •6.6.2 Поверочный расчет двухкомпонентной центробежно-центробежной форсунки
- •7 Функциональное проектирование
- •7.2 Компоновочная схема двигателя
- •7.3 Конструкция камеры
- •7.4 Расчёт теплозащиты элементов камеры
- •7.4.1 Выбор системы теплозащиты элементов камеры и вида охладителя
- •7.4.2 Подготовка данных для расчёта системы проточного охлаждения на эвм
- •7.4.3 Проектирование оребрения стенки камеры и определение коэффициента эффективности оребрения
- •7.4.4 Расчет температуры стенки с учетом оребрения
- •7.4.5 Расчёт входного патрубка и коллектора охладителя Определяем диаметр входного патрубка охладителя:
- •8 Расчет на прочность элементов камеры
- •8.1 Расчёт прочности смесительной головки
- •8.1.1 Расчёт на прочность форсуночного блока днищ
- •8.2 Расчет прочности корпуса
- •8.2.1 Расчет общей прочности камеры
- •8.2.2 Расчет на прочность сварного шва
- •8.2.3 Расчет местной прочности камеры
- •9 Выбор материалов элементов камеры двигателя
- •10 Последовательность сборки камеры
- •11 Разработка конструкции узлов качания камеры
- •11.1 Разработка узлов качания камеры
- •11.2 Расчет на прочность цапфы
- •12 Экономическое обоснование разработки конструкции камеры рулевого агрегата на основе жрд 11д55
- •12.1 Оценка стоимости и структуры затрат на разработку двигателя
- •12.1.1 Оценка затрат на этапе создания жрд
- •12.1.2 Определение структуры затрат на разработку жрд
- •12.2 Определение размера экономии на стадии проектирования
- •12.2.1 Затраты на проектирование без использования информационных технологий
- •12.2.2 Затраты на проектирование с использованием информационных технологий
- •12.3 Определение размера экономии на стадии изготовления
- •12.4 Расчет размера экономии на стадии испытаний
- •12.5 Определение общего размера экономии от использования информационных технологий
- •13 Безопасность жизнедеятельности
- •13.1 Факторы, воздействующие на конструктора при работе за пэвм
- •13.2 Анализ опасных и вредных факторов, возникающих при работе на компьютере и мероприятия, обеспечивающие снижение их
- •Естественное освещение
- •Искусственное освещение
1 Выбор системы подачи, схемы и основных параметров
1.1 Выбор системы подачи и схемы двигателя
В ЖРД применяются два вида систем подачи топлива – вытеснительная и насосная. При выполнении расчетов учитываем, что система подачи выбирается из условий получения минимальной массы двигательной установки при заданном давлении в камере сгорания.
В учебном пособии [2] приведены области применения насосных и вытеснительных систем подач в координатах τ–Р. При заданных тяге , времени работы целесообразно использовать насосную систему подачи.
В источнике [3] для вытеснительной системы приведён рекомендованный диапазон изменения , оно не должно превышать 2,5…3,0 МПа, а так как давление в камере сгорания – 7 МПа, то выбираем насосную систему подачи.
ЖРД с насосной системой подачи выполняется по трем схемам: без дожигания, с дожиганием генераторного газа и с испарением компонентов в тракте охлаждения камеры.
Для топлива керосин и О2ж при давлении в камере сгорания выбираем, согласно рекомендациям учебного пособия [2], схему двигателя без дожигания генераторного газа типа «жидкость + жидкость» и восстановительным газогенератором.
Окончательно выбираем двигатель с насосной системой подачи топлива, без дожигания генераторного газа типа «жидкость + жидкость» и восстановительным газогенератором.
1.2 Выбор величины давления в камере сгорания и
в выходном сечении сопла
Давление в камере сгорания не выбирается, т. к. оно указано в задании на проектирование.
Известно, что наибольшую тягу камеры обеспечивает сопло, работающее на расчетном режиме, когда давление на срезе сопла равно атмосферному ра = рн. Поэтому давление в выходном сечении сопла ра должно быть близким к среднетраекторному значению атмосферного давления рн. Так как траектория полета ракеты не задана, то определение этого среднетраекторного давления не представляется возможным.
Для ориентировочных расчетов можно применять следующий уровень давления ра [3]:
для двигателя первых ступеней ракет – 40…80 кПа;
для двигателя вторых ступеней ракет – 10…20 кПа;
для двигателя третьих ступеней ракет и КА – 5…10 кПа.
Проектируемый двигатель предназначен для первой ступени ракеты - носителя, выбираю .
Степень расширения продуктов сгорания в сопле:
1.3 Выбор коэффициента избытка окислителя для случая применения плёночного охлаждения
С целью снижения расхода компонентов на создание внутреннего охлаждения применяется плёночное охлаждение.
Коэффициент избытка окислителя или непосредственно связанное с ним сообщение компонентовKm выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная эффективность летательного аппарата. Известно, что она может характеризоваться конечной идеальной скоростью полета, рассчитанной по уравнению К. Э. Циолковского.
,
где - среднее значение удельного импульса на активном участке полета ракеты;
= mн/mк - массовое число ракеты, равное отношению ее начальной и конечной массы.
Согласно [3], максимальная величина Vид соответствует максимуму произведения .
Для первой ступени С определяется выражением:
,
а для верхних ступеней:
,
где – масса аппарата, пропорциональная объему топлива.
Для ориентировочных расчетов можно принять: для первых ступеней .
Тогда при заданном
В современных ЖРД, помимо наружного регенеративного охлаждения камеры, широко применяется внутреннее охлаждение, реализуемое за счет создания пристеночного слоя с пониженной температурой или организацией пленочных завес.
Выбор для случая применения плёночного охлаждения
Выберем предварительное значение оптимального коэффициента избытка окислителя в ядре потока по графику , приведенному в справочнике [2].
Для топлива Керосин и О2ж при МПа инаходим.
Выберем пять значений αок я, больших и меньших, чем α’ок я опт:
1) ;
2) ;
3) ;
4) ;
5) .
Определяем расход компонента, используемого для плёночного охлаждения.
Для ориентировочных расчетов могут быть приняты следующие значения относительного расхода на плёночное охлаждение [3]:
для камер с тягой до 300 Кн - ;
для камер с тягой более 300 Кн - .
Выбираю, .
По таблицам справочника [2] для топлива Керосин и О2ж при МПа,, для принятых в п. 1.3.2 значенийнаходим плотность топливаи удельный импульс тяги в пустоте.
Для топлива Керосин и О2ж при МПа и, и принятых значенийвыписываем из справочника [2] необходимые, интерполяционные коэффициенты и.
1) ;м/с; С1 = 2,535; С2 = 0,0537; С3 = 43,69; .
2) ;м/с; С1 = 5,305; С2 = 0,0434; С3 = 49,24; .
3) ;м/с; С1 = 1,775; С2 = 0,0335; С3 = 26,03; .
4);м/с; С1=2,955; С2=0,0313; С3= 29,22;
.
5) ;м/с, С1=2,330; С2 =0,0350; С3 =27,82; .
Если значения ,ине совпадают, то по данным в таблице значениям,находим методом интерполяции значенияпо формуле:
, (1)
где - энтальпия топлива,
- коэффициенты экстраполяции из справочника [2].
Энтальпия топлива находится по формуле:
- энтальпия топлива,
где - энтальпия горючего и окислителя соответственно из справочника [2].
Для проектируемого двигателя исовпадают с табличными значениямии, ане совпадает с, то выражение (1) упрощается.
.
Определим для всех принятых значений:
; ;
; ;
; ;
; ;
; .
Рассчитаем среднюю плотность топлива в камере:
.
Для соответствующих получим:
1) ;
2) ;
3) ;
4) ;
5) .
Определим средние теоретические значения удельного импульса тяги камеры в пустоте:
.
Определим значения комплекса :
Построим график зависимости (рисунок 1).
Рисунок 1 – График зависимости
По графику (рисунок 1) находим .
Определим значение удельного импульса тяги, по приведенному выше соотношению. В данном случае не совпадает с табличным значением, поэтому необходимо учесть изменение энтальпии топлива.
По справочнику [2] при,МПа и.
Определим энтальпию топлива при :
Определим удельный импульс тяги:
.
Определим среднее теоретическое значение удельного импульса тяги камеры в пустоте.
Из справочника [2] для топлива Керосина и О2Ж выписываем значение массового стехиометрического соотношения компонентов при :
.
Соотношение компонентов в ядре потока:
Относительный расход окислителя через ядро потока:
Относительный расход горючего через ядерные форсунки:
Относительный расход горючего через камеру сгорания:
Среднее массовое соотношение компонентов по камере сгорания:
;
.
Среднее значение коэффициента избытка окислителя:
;
.