- •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
1.4 Выбор и определение коэффициентов, характеризующих совершенство процессов в камере сгорания и сопле
При работе двигателя (в реальных условиях) имеют место потери удельного импульса тяги, вследствие несовершенства процесса горения, неравномерности течения газа, трения и других причин. Существует ряд коэффициентов, позволяющих учесть степень снижения .
Выберем коэффициент , учитывающий потери импульса из-за несовершенства рабочего процесса непосредственно в камере сгорания. Он зависит, главным образом, от качества организации процессов смесеобразования в камере. Для современных камер сгорания величинаколеблется в пределах 0,96…0,99.
Для проектируемого двигателя тягой 75 кН выберем =0,99.
Определим теоретическое значение геометрической степени расширения сопла для ядра потока :
, (2)
С помощью таблиц справочника /2/ для топлива Керосина и О2ж определяем «опорные» значения ,, а также коэффициенты экстраполяцииприМПа,:
; = - 29,01;;,
.
Так как для ядра потока табличные данные по давлению в камере сгорания и коэффициенту избытка окислителяне совпадают с заданнымии, то выражение (2) примет вид:
;;.
Определяем значение геометрической степени расширения сопла для камеры:
;
.
Для определения оптимальной степени укорочения сопла зададимся несколькими её значениями:
Рассчитаем безразмерные радиусы:
Определим потери на рассеяние при различных степенях укорочения сопла:
;
где ;
.
Рассчитаем значения параметров и .
Показатель изоэнтропы n возьмём из справочника [2] для своего для ядра потока:n = 1,123.
;
.
Тогда из уравнения для :
;
Определим потери на трение при различных z:
.
В учебном пособии [3] предлагается .
Выбираем , тогда
Определим потери из-за химической неравновесности:
.
Диаметр критического сечения в первом приближении найдём по опорным данным для ядра потока:
По графикам из справочника [2] найдём:
;
.
Определяем значение оптимальной степени укорочения сопла z.
Для этого находим и строим график зависимости(рисунок 2):
;
;
;
;
;
.
Рисунок 2 – График зависимости
По графику находим минимальное значение потерь.
Оптимальное значение выбираем при несколько более высоком в области меньшихz, что позволяет значительно уменьшить длину сопла:
;
тогда .
Определим значение из зависимости:
;
.
2 Тепловой расчет камеры
Изобразим расчетную схему камеры. Укажем основные сечения(рисунок 3).
Рисунок 3 – Расчетная схема камеры ракетного двигателя
С учетом принятых значений коэффициентов избытка окислителя в ядре потока, при известном , определим значение расходного комплекса. Для этого используем данные из [2], а для их уточнения интерполяционное соотношение:
;
Для ядра потока:
, ,,,;
;
.
Теоретическое значение расходного комплекса в камере сгорания:
;
.
Действительное значение расходного комплекса в камере сгорания:
;
м/с.
Относительная площадь камеры сгорания:
;
.
Определим коэффициент скорости на входе в сопло.
В первом приближении берём из учебного пособия [3], определяем предварительное значение и уточняем его по следующей формуле:
.
Здесь - средний показатель изоэнтропы расширения в интервале отдо, для условий течения в ядре потока. Определим его по справочнику [2] для критического сечения.
В этом выражении λк задано в неявном виде. В первом приближении λк = 1,3 берем из [3] для .
Вычисление произведено с помощью оператора “root” математического пакета MathCad.
Получим окончательно =0,127.
Коэффициент восстановления давления торможения:
;
.
Коэффициент снижения удельного импульса из-за неизобаричности камеры сгорания
,
где n = 1,144 – средний показатель изоэнтропы расширения в интервале от pсо до pа для ядра потока, определяется для соответствующей степени расширения ε = 2000.
;
МПа.
Тогда:
.
Действительная геометрическая степень расширения сопла:
Удельная площадь критического сечения:
;
Удельная площадь выходного сечения:
;
Определим температуру на входе в сопло при известном. По справочнику [2] находим ближайшие теоретические значения расходного комплексадля ядра потока, а также коэффициенты экстраполяцииприМПа,. Используя последнее находимдля камеры двигателя с помощью соотношения:
,
где =3773K, =35,74,,,.
Действительное значение удельного импульса в пустоте:
.
Из предыдущих расчетов:
; ;
.
Среднее значение скорости в выходном сечении сопла:
Определим газовую постоянную для условий течений в выходном сечении сопла:,
где R0 – универсальная газовая постоянная,
μа – средняя молекулярная масса для ядра потока, выбирается по справочнику [2] для соответствующего значения ε = 2000.
Определим среднюю температуру газа в выходном сечении сопла:
;
.
Определим массовый расход топлива через камеру сгорания:
.
Для схемы с дожиганием генераторного газа = 0, значит:
кг/с.
Определим расход окислителя через камеру сгорания:
;
кг/с.
Определим расход горючего через камеру сгорания:
;
кг/с.
Определим расход топлива через форсунки:
;
кг/c.
Определим расход окислителя через форсунки:
;
кг/с.
Определим расход горючего через форсунки:
;
кг/c.
Определим площадь критического сечения камеры сгорания:
;
=34,81.
Определим площадь выходного сечения сопла:
;
=5362.
Определим площадь цилиндрической части камеры сгорания:
;
=179,1.
Определим диаметр критического сечения камеры сгорания:
;
м =66,58мм.
Определим диаметр выходного сечения сопла:
;
м =826,3 мм.
Определим диаметр цилиндрической части:
;
м=151мм.