close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

РПЗ

код для вставкиСкачать
Московский Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана.
Факультет: Энергетического машиностроения
Кафедра: Э1
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ НА ТЕМУ:
Автоматика и регулирование РДТТ
Студент
(Федотов М.А.), Группа Э1-112
(фамилия, инициалы)
Руководитель проекта
(Андреев Е. А.)
(фамилия, инициалы)
2010 г.
(индекс)
Содержание:
Задание на курсовое проектирование ...................................................................................... 3
Расчёт сменных сопловых вкладышей.................................................................................... 4
Определение параметров сменных вкладышей ................................................................. 4
Определение давления в камере сгорания и тяги двигателя ........................................... 7
Расчёт центрального тела ..................................................................................................... 10
Определение площади критического сечения и тяги двигателя ................................. 10
Определение перемещений центрального тела ............................................................ 122
Конструкция центрального тела ........................................................................................ 177
Использованная литература ................................................................................................ 199
Задание на курсовое проектирование
Вариант №10.
Для РДТТ, стартующих в диапазоне температур окружающей среды  50 С
и имеющего номинальные параметры Т ном  293 К , P*  30 кН, pk  4  0,15 МПа:
1. Определить количество сменных вкладышей (если их будет более 4,
нужно изменить величину разброса p k ) и вычислить dкр каждого
вкладыша для определенного диапазона окружающей среды при
настройке на Р=const;
2. Построить в натуральную величину профиль обечайки (по известным
размерам центрального тела) и положение центрального тела в момент
запуска двигателя при Т н  323 К, 293 К, 223 К . Определить зависимость
перемещение центрального тела от температуры и разброс тяги при
t  50 С принимая I y  const при tокр.среды  20 С .
3. Параметры топлива:
 Плотность топлива   1640
кг
;
м3
 Удельный импульс топлива I y  2250
м
;
с
 Температура ПС в КС Tk = 2820 K ;
 Молекулярная масса ПС  k = 26,3
кг
;
моль
 Показатель процесса расширения k = 1,22;
 Единичная скорость горения топлива U1 =
0,8 103
м
;
 2,56 106
0,5
98066,5
с
 Показатель степени в законе горения топлива  = 0,5;
 Физико-химическая константа топлива B= 700;
 Физико-химическая константа топлива m= 0,00017;
4. Спроектировать сопло с центральным телом.
Расчёт сменных сопловых вкладышей
Основные допущения используемые в расчетах:
 Заряд находится в тепловом равновесии с окружающей средой;
 Температурное поля заряда равномерно;
 Сопло двигателя работает на расчётном режиме.
Определение параметров сменных вкладышей
Газовая постоянная продуктов сгорания (далее ПС):
Rk 
8314
k

8314
Дж
 316,122
.
26,3
кг  К
Постоянная топлива:
D
1
1

 1,429 103 .
B 700
Единичная скорость горения топлива в пересчёте на минимальную
температуру эксплуатации заряда ( Tmin = 223 К):
3

UN1  U1  eD(TN TH )  2,56 106  e1,42910
(223293)
 4.623103
м
;
с
Комплекс RT приведённый к минимальной температуре эксплуатации:
3
(RT) N  RkTk em(TN TH )  316,122 2820 e0,1710
( 223293)
 0,8809106
Дж
;
кг
Принимаем коэффициент сопла:
с  0,98 ;
Коэффициент тепловых потерь:
  0,98 ;
Комплекс Ak , зависящий от рода газа:
1
1
 2  k 1 2  k  2 1,221 2 1,22
Ak  


 0,652 ;

 
k  1  1,22  1 
1,22  1
 k  1
Площадь горения заряда:
FГ 
PH
30000

 1,591 м 2 ;
6

3
0,5
I y   U1  ( pk 98055,5) 2250 1640  0,8 10  (4 10 98055,5)
Определяем минимальную и максимальную площадь критики при
минимальной температуре, соответствующие максимальной и минимальной
тяге:
n
max
крН
U    FГ    (RT )k
 N1
 C  Fa  k f
Ak c  Pmin1
F 
  kp   pH  Fa  3,669 103 м 2 ;
 Fa 
min
крН
U    FГ    (RT )k
 N1
 C  Fa  k f
Ak c  Pmax1
F 
  kp   pH  Fa  3,284 103 м 2 ;
 Fa 
F
F
n
Получим выражения Fкр=f(T), соответствующие максимальному и
минимальному давлениям в камере сгорания:
max
Fкрmax T   FкрН
e
min
Fкрmin T   FкрН
e
m

 D 2 T Tн 


1n (1 )
m

 D 2 T Tн 


1n (1 )
 3,669 103  е
 3, 284 103  е
 0,001514T 0,33753
0.523
 0,001514T 0,33753
0.523
Графики данных зависимостей представлены на рис 1:
3
510
3
4.77510
Fkp max
Fkp min
3
4.5510
3
Fkp, m^2
4.32510
3
4.110
3
3.87510
3
3.6510
3
3.42510
3
3.210
223
233
243
253
263
273
283
293
303
313
323
T, K
Рис. 1. Зависимость площади критического сечения от температуры окружающей
среды
Принимаем за площадь критического сечения первого вкладыша
max
Fвкл1= FкрН
, данный вкладыш обеспечит заданное давление до температуры Т1:
T1кон
 F max 
ln  крH
min 

FкрH

 (1  n  (1  ))  223  ln 1,117  263,315 K
 Tmin (223) 
m
0,001514
D
2
Диаметр критического сечения первого вкладыша равен:
dвкл1 
4Fвкл1

 68.4 мм
Принимаем величину температурного перекрытия вкладышей равную 5
К, тогда температура Т2, начала работы второго вкладыша будет равна:
Т2нач=Т1кон-5=263,315-5=258.315 K
Площадь критического сечения второго вкладыша определяется по формуле:
max
Fвкл 2  FкрН
e
m

 D 2 T2 нач Tн 


1n (1 )
 3,669 103  e0,097  4,044 103 м2
Второй вкладыш обеспечит заданное давление до температуры Т3:
 F max 
ln  крH
min 
  (1  n  (1  ))
F
ln 1,117
крH

T2кон  T2нач  
 263,315 
 298.631 K
m
0,002752
D
2
Диаметр критического сечения второго вкладыша равен:
dвкл2 
4Fвкл2

 71,8 мм
Температура начала работы третьего вкладыша равна:
Т3нач=Т2кон-5=298,634-5=293,634 К
Площадь критического сечения третьего вкладыша определяется по формуле:
max
Fвкл3  FкрН
e
m

 D 2 T3 нач Tн 


1n (1 )
 3,669 103  e0,194  4, 456 103 м2
Третий вкладыш обеспечит заданное давление до температуры Т5:
Т3кон
max
 FкрH

ln  min   (1  n  (1  ))
FкрH 
ln 1,117
 T3нач  
 293,634 
 333,946 K
m
0,002752
D
2
Диаметр критического сечения третьего вкладыша равен:
dвкл3 
4Fвкл3

 75,3 мм
Определение давления в камере сгорания и тяги двигателя
Найдем зависимость изменения давления в камере сгорания двигателя
при использовании сменных вкладышей от температуры окружающей среды.
Для i-го вкладыша:
U    FГ    (RT ) k
рк _ i T    N1
Ak  c  Fkp _ i

1
 1


№
вкладыша
1
TiHAЧ , K
TiKОН , K
Fкр ,103 м2
dкр ,103 м
pk _ нач.i , МПа
pk _ кон.i , МПа
223
263,315
3,669
68,4
5,708
6,449
2
258,315
298,631
4,044
71,8
5,23
5,909
3
293,631
323
4,456
75,3
4,792
5,414
3
510
3
4.7510
3
4.510
3
Fkp, m^2
4.2510
3
410
3
3.7510
3
3.510
3
3.2510
3
310
240
260
280
300
320
T, K
Fkp max
Fkp min
Fkp 1
Fkp 2
Fkp 3
Рис. 2. Расчет площадей критического сечения вкладышей
6
6.510
6
6.2510
6
610
pk, MPa
6
5.7510
6
5.510
6
5.2510
6
510
6
4.7510
6
4.510
223
233
243
253
263
273
283
293
303
313
323
333
343
T, K
pk1(T)
pk2(T)
pk3(T)
Рис. 3. Зависимость давления в камере сгорания от температуры окружающей среды
Изменения тяги в КС в зависимости от температуры окружающей
среды при использовании сменных вкладышей:
Рвкл_ i Т   рк _ вкл_ i (Т )  ( с  Fa  k f  (
Fкр _ вкл_ i n
) )  ph  Fa
Fa
№ вкладыша
Рвкл _ i Т MIN
Рвкл _ i Т MAX
1
28000
32000
2
28000
32000
3
28000
32000
4
3.310
4
3.210
4
P, H
3.110
4
310
4
2.910
4
2.810
4
2.710
223
233
243
253
263
273
283
293
303
313
323
333
343
T, K
P1(T)
P2(T)
P3(T)
Рис. 4. Зависимость изменения тяги от температуры окружающей среды
Расчёт центрального тела
Для проведения предстартовой настройки РДТТ при использовании
перемещающегося в сопле центрального тела определим зависимость между
температурой окружающей среды и перемещением x центрального тела.
Определение площади критического сечения и тяги двигателя
Площадь
критического
сечения
сопла
зависит
от
температуры
следующим образом (для номинального значения тяги P=30000 Н):
 1 
P

 98066,5 

1
1
   FГ  U1 _ min    RTk min 1
   F  k

c
a
f


c  Fкр _ min  Ak


n
 Fкр _ min 
  pH Fa .
 
 Fa 
 Fкр _ min  3,456 103 м2
Изменение площади критического сечения при регулировании на
постоянство тяги:
Fкр _ т ело  Fкр _ min  e


m
  D 2 T Tн  



 1n (1 ) 




3
4.810
3
4.610
3
4.410
Fkp, m^2
3
4.210
3
410
3
3.810
3
3.610
3
3.410
3
3.210
223
233
243
253
263
273
283
293
303
313
323
T, K
Рис. 5. Изменение площади критики при регулировании на Р=const центральным телом
Изменение площади критического сечения при регулировании на постоянство
тяги:
U (T )  T  FГ    RTk (T ) 
рк (Т )   1

c  A(k )  Fцт (Т )


1
1
6
6.510
6
6.310
6
6.110
6
pk, MPa
5.910
6
5.710
6
5.510
6
5.310
6
5.110
6
4.910
6
4.710
223
233
243
253
263
273
283
293
303
313
323
T, K
Рис. 6. Изменение давления в КС при регулировании на Р=const центральным телом
Определение перемещений центрального тела
Для упрощения расчетов примем некоторые допущения:
- Сверхзвуковая часть сопла – коническая, угол полураскрытия
равен 15˚;
- Область максимального сечения центрального тела и область
минимального
сечения
обечайки
имеют
нулевую
протяженность в осевом направлении.
Максимальный диаметр центрального тела по рекомендациям к
выполнению курсового проекта:
D  0,11 м ;
Диаметр критического сечения сопла с учётом центрального тела в
положении для минимальной температуры эксплуатации ( x  0 ):
Dоб 
4  Fкр (Tmin )

 D2 
4  3,456 103

 0,112  0,1284 м ;
Значение радиуса обечайки:
Rоб  0,0642 м
Длину отрезка l1 :
l1  Rоб  r  0,0642  0,055  0,0092 м
При перемещении центрального тела для образования критического
сечения будут характерны два случая.
Первый случай:
В данном случае критического сечение образуется вдоль отрезка DE,
длина которого зависит от перемещения центрального тела, при этом, отрезок
DE при перемещении центрального тела поворачивается вокруг точки D.
RI  r  l1  0,055  0,0092  0,0642 м
Изменение длины отрезка LI , как функция от перемещения центрального
тела L1  f x:
LI  x  lI 2  x2  (9,2 103 )2  x2
Изменение площади критического сечения сопла, как функция от
перемещения центрального тела:
Fкр _ телоx    RI  r  LI x    RI  r  l12  x2
 x1 (t )  (
Fкр _ т ело(Т ) 2 2
)  l1
  (2  r  l1 )
Второй случай:
В данном случае критического сечение образуется вдоль отрезка DE,
перпендикулярного образующей сопла.
Изменение
длины
отрезка
LII ,
как
функция
от
перемещения
центрального тела LII  f x :
хо 
l1
tg 
x1  x  x0
 l

LII x  x1  sin   x0  x  sin    1  x   sin   l1  cos   x  sin 
 tg  
Длина отрезка l2 :
l2 x  LII x cos   l1  cos   x  sin  cos 
RII x  r  l2 x  r  l1  cos   x  sin  cos 
Изменение площади критического сечения сопла, как функция от
перемещения центрального тела:
Fкр _ телоx    RII  r  LII x
 x2 (t ) 
 2  r  4  r 2  4  cos( ) 
sin(2   )
Fкр _ т елоТ 


Граничное значение перемещения центрального тела:
xгр  l1  tg    1,966 103 м
l1
tan( )
Граничное значение температуры:
При xгр  l1  tg    1,966 103 м из уравнения:
2
(T ) 
F
xгр   кр _ т ело   l12 ,
  (2  r  l1 ) 
Находим
Тгр  231,029 К
Перемещение центрального тела от температуры:
x(T ) 
x1 (T ) при T  Tгр м
x2 (T ) при T  Tгр м
0.016
0.014
0.012
X(T), m
0.01
3
810
3
610
3
410
3
210
0
223
233
243
253
263
273
283
293
303
313
323
T, K
Рис. 7. Зависимость перемещения центрального тела от температуры окружающей
среды
Значение основных параметров при регулировании с использованием
центрального тела:
Т, К
Fкр_тело(Т)/10-3, м2
рк(Т), МПа
х(Т)/10-3, м
223
3,456
6,4
0
293
4,202
5,381
9,72
323
4,563
4,996
13,898
Конструкция центрального тела
Начальное положение центрального тела соответствует минимальной
площади критического сечения, а значит и минимальной температуре
эксплуатации 223К. Перемещение центрального тела происходит путём его
вращения относительно вала с помощью специального ключа.
При перемещении вала вправо (см. приведённую схему) будет
происходить увеличение площади критического сечения.
Величину перемещения центрального тела для данной температуры
возможно контролировать одним из способов:
o Заранее рассчитанный и нанесённый в виде спирали график
перемещения тела от температуры;
o Аналогично
первому
варианту,
но
дискретные
значения
перемещений в виде рисок на вале;
o Оптико-механические системы измерения перемещений.
Фиксация центрального тела 4 производится с помощью специальной
гайки 5.
Особенностью конструкции является использование профилированной
(соответствие основному участку центрального тела) крышки 6, закрывающей
узел регулирования центрального тела 5. Фиксация центрального тела
производится с помощью специального винта 7.
Конструкция центрального тела представлена на рисунке 8.
Рис. 8. Конструкция центрального тела
1 – неподвижный вал; 2 – крепление неподвижного вала; 3 – медная прокладка; 4 –сопло;
5 – центральное тело; 6 – профилированная крышка; 7 – винт.
Список литературы
1. Виницкий А.М. Ракетные двигатели на твердом топливе, М.Маш.
1973г
2. Волков Е.Б., Сырцин Т.А., Мазинг Г.Ю. Статика и динамика ракетных
двигательных установок ч.1 М.Маш. 1978г
3. Андреев Е.А. Конспект лекций по курсу «Динамика и регулирование
РДТТ».
4. Ягодников Д.А. Конспект лекций по курсу «Расчет, проектирование и
конструкция РДТТ».
Документ
Категория
Техника
Просмотров
14
Размер файла
578 Кб
Теги
рпз
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа