Lab_DMiOK_2013_1-2

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный университет»

Институт высокоточных систем им. В.П. Грязева Машиностроительный факультет

Кафедра «Ракетное вооружение»

ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА.

ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЛА

Часть I

Сборник методических указаний по выполнению лабораторных работ

Направление подготовки:

160700 Проектирование авиационных и ракетных двигателей

161700 Баллистика и гидроаэродинамика

160400 Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов

очной формы обучения

Тула 2013

2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Конструктивно-силовой анализ узлов крепления вкладных зарядов РДТТ НУРС

Цель работы: изучение узлов крепления вкладных зарядов РДТТ неуправляемых реактивных снарядов, расчет усилий и напряжений в местах крепления зарядов.

Объекты изучения: двигатели снарядов РСЗО: «Град», «Град-М», «Прима» и «Ураган».

Материальное оснащение: технические описания снарядов, измерительный инструмент, калькуляторы.

Порядок выполнения:

1. По указанию преподавателя дать эскиз узлов крепления головной или хвостовой шашки заряда одного из снарядов, указав при этом

−конструктивные элементы их поверхности, обеспечивающие базирование заряда в осевом и радиальном направлении,

−конструктивные элементы, обеспечивающие компенсацию допуска на длину заряда и тепловых деформаций,

−конструктивные элементы, препятствующие искривлению заряда при длительном хранении.

температуры от –500С до 500С и дать заключение о необходимой длине конструктивных элементов, обеспечивающих компенсацию тепловых деформаций:

3

где l – длина стержня (в данном случае соответственно КС или шашки);

где mш – масса шашки;

F – площадь торца;

pп и pз – давление в камере сгорания у переднего и заднего торцов заряда; можно принять pп - pз ≈ 0,5 МПа.

Осевая перегрузка nх может быть вычислена по зависимости:

nx ≈ mP g . (1.4)

сн

Значения масс снарядов mсн и тяг двигателей приведены в табл. 1.

Таблица 1

5. Найти напряжения в месте контакта топливного заряда с опорной решеткой и дать заключение о прочности заряда.

Предел прочности заряда σв ≈ 15 МПа.

6. В отчете привести требуемые эскизы, с указанными элементами, расчеты, заключения о необходимой длине конструктивных элементов,

4

обеспечивающих компенсацию тепловых деформаций, и о прочности заряда.

Вопросы для самоконтроля:

1.Какие конструктивные элементы обеспечивают базирование заряда в осевом и радиальном направлении, каким образом:

1)передняя и задняя решетки;

2)сухари;

3)внутренняя поверхность КС;

4)резиновые прокладки?

2.Какие конструктивные элементы, обеспечивают компенсацию допуска на длину заряда и тепловых деформаций:

1)сухари;

2)передняя и задняя решетки;

3)внутренняя поверхность КС;

4)резиновые прокладки?

3.Какие конструктивные элементы, препятствуют искривлению заряда при длительном хранении?

1)передняя и задняя решетки;

2)сухари;

3)внутренняя поверхность КС;

4)резиновые прокладки?

4.Что является причиной разности тепловых деформаций топливного заряда и камеры сгорания:

1)разная плотность материалов ТЗ и КС;

2)разные коэффициенты температурного расширения материалов ТЗ и КС;

3)разная длина ТЗ и КС?

5.Какова природа силы (чем определяется эта сила) опоры топливной шашки на решетку; от чего эта сила зависит:

1)силой инерции при разгоне РС;

2)разностью давлений в КС в районах переднего и заднего торцов ТЗ;

3)силой инерции заряда при разгоне РС и разностью давлений в КС в районах переднего и заднего торцов ТЗ?

6.От чего и где (на каком торце шашки) возникают напряжения в месте контакта топливного заряда с опорной решеткой

1)шашка ТЗ опирается своим торцом на заднюю решетку КС в момент разгона ракеты;

2)шашка ТЗ больше деформируется, чем соответствующая часть КС;

3)на переднюю решетку, в сторону которой и направлена сила тяги РД?

5

7.Для какого момента времени полета РС сила опоры топливной шашки будет максимальна:

1)в наивысшей точки траектории, которая соответствует максимальной высоте полета;

2)в момент старта, сразу после выхода ракеты из направляющей;

3)в момент разгона ракеты, когда сила тяги достигнет своего максимума;

4)в момент окончания разгона ракеты, когда топливная шашка уменьшит свои размеры до минимальных значений?

8.Для какого момента времени полета РС Вами были напряжения в месте контакта топливного заряда с опорной решеткой:

1)в наивысшей точки траектории, которая соответствует максимальной высоте полета;

2)в момент старта, сразу после выхода ракеты из направляющей;

3)в момент разгона ракеты, когда сила тяги достигнет своего максимума;

4)в момент окончания разгона ракеты, когда топливная шашка уменьшит свои размеры до минимальных значений?

9.Чем объясняется разница в давлении в камере сгорания у переднего и заднего торцов топливного заряда:

1)площадью горения заряда в районах переднего и заднего торцов;

2)скоростью горения заряда в районах переднего и заднего торцов;

3)незамкнутым объемом КС?

10.Какие Вы можете предложить способы снижения контактных напряжений топливного заряда с опорной решеткой?

Вариант правильного ответа определяется той конструкцией двигателя, которую Вы изучаете, т.е. Вашим заданием

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Конструктивно-силовой анализ узлов крепления вкладных зарядов РДТТ ПТУР

Цель работы: изучение узлов крепления вкладных зарядов РДТТ противотанковых управляемых ракет, расчет усилий и напряжений в местах крепления зарядов.

Объекты изучения: двигатели ракет 9М111, 9М113, 9М115, 9М133.

6

Материальное оснащение: технические описания ракет, измерительный инструмент, калькуляторы.

Порядок выполнения

Общий ход выполнения лабораторной работы аналогичен описанному в л/р №1.

При изучении узлов крепления зарядов твердого ракетного топлива двигателей таких ракет следует обратить внимание на следующие особенности их конструкций: двигатели двухрежимные, шашка ТТ установлена в КС без зазоров, отсутствуют решетки крепления зарядов.

При расчете осевой стартовой перегрузки следует принимать во внимание то, что их максимум достигается при выбросе ракеты из контейнера. Для их определения можно воспользоваться средним значением дульной скорости 40…60 м/с которую набирает ракета за время движения по контейнеру известной длины. Зная длину контейнера и дульную скорость можно определить стартовой ускорение, а по нему и перегрузку.

Перечень вопросов для самоконтроля указан в л/работе №1.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Конструктивный анализ односопловых блоков КС малогабаритных ЛА

Цель работы: ознакомление с основными принципами конструирования сопловых блоков снарядов РСЗО.

Объекты изучения: двигатели снарядов РСЗО: «Прима», «Ураган»,

М8, М13УК.

Материальное оснащение: измерительный инструмент, микрокалькуляторы, технические описания снарядов, методические указания к лабораторным работам.

7

Краткие теоретические сведения

Сопло ракетного двигателя предназначено для преобразования внутренней (тепловой, потенциальной) энергии запасенной в топливе в кинетическую энергию разгона продуктов сгорания. К тому же сопла направляют продукты сгорания в нужную сторону и таким образом придают направление вектору тяги двигателя. Сопла могут выполнятся в виде отдельно узла и по своей сути выполнять роль заднего днища камеры сгорания или они могут быть установлены на заднем днище, в том случае если их несколько.

Соединение сопла с обечайкой камеры сгорания должно удовлетворять следующим требованиям: точности (соосность и исключение перекоса), прочности, герметичности.

Ракетные двигатели стараются проектировать таким образом, что бы давление продуктов сгорания на срезе сопла мало отличалось от давления окружающей среда. В этом случае двигатель будет работать в расчетном режиме и его тяга будет максимальной, т.е. он полностью использует ту энергию, которая запасена в химической формуле топлива. Если давление на срезе сопла оказывается больше, чем давление окружающей среды, то продукты сгорания оказываются недоразогнанными в сопле и это будет режим “недорасширения”. Если же давление на срезе сопла оказывается меньше, чем давление окружающей среды, то продукты сгорания оказываются переразогнанными соплом и это будет режим “перерасширения”.

Скорость продуктов сгорания в сопле принято измерять в относительной величине или по отношению к скорости звука в потоке в этом же сечении, и тогда этот коэффициент называется числом Маха, или же к скорости звука в потоке в критическом сечении сопла, и тогда этот коэффициент скорости называется числом λ.

8

Порядок выполнения

1. По указанию преподавателя дать эскиз соплового блока одного из снарядов, указав при этом:

− конструктивные элементы, обеспечивающие прочность, точность и герметичность соединения соплового блока с камерой сгорания (КС);

− способы защиты от нагрева;

− способы защиты от эрозионного воздействия газового потока. 2. Оценить параметры газового потока в критическом сечении и на

выходе из сопла при следующих исходных данных:

−давление в КС ро= 20 МПа;

−температура продуктов сгорания в КС То = 3000 К;

−газовая постоянная для продуктов сгорания R = 300...350 Дж/кгК;

−показатель процесса k = 1, 25.

Скорость течения газа w в некотором сечении сопла обычно характеризуется числом Маха или коэффициентом скорости λ:

где Fкр – площадь критического сечения сопла. 9

В критическом сечении: Mкр=λкр=1.

Для определения параметров газа в критическом сечении сопла необходимо:

− положив λ=λкр=1, вычислить Π(λкр) и τ(λкр) по формулам (3.6) и

(3.7);

−по формулам (3.4) и (3.5) найти pкр и T кр;

−по зависимости (3.2) найти a кр .

Для определения параметров газа в выходном сечении необходимо:

−измерить диаметры критического Dкр и выходного Da сечений сопла и вычислить Fa /Fкр;

−решить уравнение (2.3) для F=Fa и найти Ma;

−по зависимости (2.8) определить λa;

−найти Π(λa) и τ(λa), используя формулы (3.6) и (3.7);

−вычислить pa и Ta по формулам (3.4) и (3.5);

−найти скорость потока на выходном срезе сопла по зависимости:

10