Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М.Ф. Решетнева

(СибГАУ)

кафедра: Двигателей летательных аппаратов (ДЛА)

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Двигательные установки и энергосистемы

Выполнил: ФИО., студент группы

Принял: Зуев А.А., доцент кафедры ДЛА

Красноярск 2011

Задание

Провести термодинамический расчет двигателя со следующими исходными данными:

Окислитель АК-20

Горючее НДМГ

Давление в камере p_K= 9 Мпа

Давление на срезе p_a= 0,02 МПа

Давление наружное p_H= 0,03 Мпа

Тяга P=180 кН

Расчет

1. Определение удельной формулы топлива

   1. Молекулярная масса вещества

μ=Σ(μ_i · N_i)

Где N_i – индексы элементов из молекулярной формулы

μ_i – атомная масса элемента

для окислителя:

μ(О₂)= 2*16= 32

для горючего:

μ(C₂H₈N₂)=2*12,01+8*1,008+2*14,01= 60,104

2. Удельная формула вещества

H_BHC_BCN_BNO_BO

Где B_i – индекс элемента из удельной формулы вещества B_i=N_i /μ

Для горючего C₂H₈N₂:

B_C = N_C/ μ(C₂H₈N₂)= 2/60,104= 0,03328

B_H = N_H/ μ(C₂H₈N₂)= 8/60,104= 0,1331

B_N = N_N/ μ(C₂H₈N₂)= 2/60,104= 0,03328

Получаем удельную формулу горючего НДМГ:

C_0,03328H_0,1331N_0,03328

3. Удельная формула смеси компонентов окислителя

O_CO

Где C_i=∑(B_i*g_i),-индекс элемента из удельной формулы компонента;

g_i-массовая доля вещества в компоненте.

В_О===0.0625

Удельная формула окислителя:

O_0.0625

4. Массовое стехиометрическое соотношение компонентов

K_O= - Σ(C_i·ν_i)_O/ Σ(C_i·ν_i)_Г,

Где Ci – индексы элемента из удельной формулы компонента;

ν_i – максимальная валентность элемента с учетом знака.

К₀=- =- = 0.4695

5. Найдем массовое действительное соотношение компонентов

K_Д=α_cp·K_O

Где α_cp – средний коэффициент избытка окислителя(рассчитывается на компьютере).

K_Д=0.584*0.4695=0.274

6. Переходим к расчету удельной формулы топлива

H_AHC_ACN_ANO_AO,

Где ,

С_гi , C_оi – индексы элементов из удельных формул горючего и окислителя соответственно.

Рассчитаем коэффициенты для каждого элемента:

;

;

;

;

Удельная формула топлива

C_0,2612H_0,1045N_0,2612O_0.0134

2. Определение полной энтальпии

,

Где J_г=824кДж/кг; Jо=498 кДж/кг – полные энтальпии горючего и окислителя.

кДж/кг

3. Параметры в камере двигателя

   1. Действительный удельный импульс

Действительный удельный импульс J_у меньше идеального из-за потерь в камере сгорания, учитываемых коэффициентом φ_к (на неоптимальность α по поперечному сечению и на неполноту сгорания), и потерь в сопле, учитываемых коэффициентом сопла φ_с (на рассеяние, трение и неравновесность):

J_у=φ_к*φ_с*J_{у ид}.

Потери в камере сгорания могут быть представлены как функция снижения от (RкTк):

.

Они приводят к уменьшению как J_у, так и расходного комплекса

β=φ_к*β_ид.

Для курсовой работы принимаем

Коэффициент сопла φ_с=φ_а*φ_тр*φ_н.

Потери на рассеяние зависят от угла раскрытия сопла на срезе

,

Где α_а- угол раскрытия сопла на срезе. Для уменьшения длины сопла, выбираем α_а=10^о

.

Потери на трение зависят от геометрии сопла, свойств продуктов сгорания в пристеночном слое и от относительной температуры стенки

,

Где Т_п - выбранная раннее температура продуктов сгорания в пристеночном слое. Т_ст =1300К- выбирается в зависимости от материала стенки.

,

Находим угол раскрытия сопла в критическом сечении

Где

По результатам расчета на компьютере при α_ср=0,584,

.

Средний угол раскрытия сопла

.

В первом приближении принимаем значение φ_с=0,85.

Проверим его следующим расчетом:

Где β_ид, J_{у ид} взяты из табл. 1 при α_ср

Находим и Re:

Где T_п,R_п,η_п- ранее рассчитанные параметры в пристеночном слое.

Где k-показатель адиабаты.

Где - данные расчета на компьютере при α_ср=0,584.

φ_с=φ_а*φ_тр*φ_н=0.855071

Сравнивая полученное значение φ_с с ранее принятым, определяем погрешность .

Для расчета J_у примем φ_с=0,85,тогда J_у=φ_к*φ_с*J_{у ид}=2748,9м/с.

Найдем потери удельного импульса при изменении режима истечения с равновесного на замороженный:

Находим потери на охлаждение. Они вычисляются как разница между удельными импульсами при α=α_я и при α=α_ср: