close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

РПЗ на печать

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 ........................................... 8
Расчёт центрального тела ..................................................................................................... 11
Определение площади критического сечения и тяги двигателя ................................. 11
Определение перемещений центрального тела............................................................... 13
Конструкция центрального тела .......................................................................................... 18
Использованная литература .................................................................................................. 21
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)
Уравнение тяги РДТТ:
PH  Fa f a pk c  pH Fa
Давление в камере сгорания (формула Бори):
pk  (
Т U1  FГ    R  Tk 110,5
)
c  Fkp  Ak
Подставив в уравнение тяги давление p k из формулы Бори для давления в
КС РДТТ, получим зависимость тяги от давления:

1

1
P

 98066,5 
   FГ U1     RTk 


c  Fкр  Ak

1
n
1
F 
   c  Fa  k f   кр   pH Fa

 Fa 

Поочередно подставляем значения тяги Pmax и Pmin и выражаем
соответственно минимальное и максимальное значение площади критического
сечения сопла, соответствующей минимальной температуре эксплуатации РД.
Значения максимальной и минимальной тяги:
максимально допустимая тяга двигателя Pmax = 32000 H ;
минимально допустимая тяга двигателя Pmin= 28000 H ;
max
FкрН
 3,669 103 м 2 ;
2
min
FкрН
 3, 284 103 м ;
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
Fkp max
Fkp min
3
4.77510
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
max
 FкрH

ln  min 
FкрH 
ln 1,117
 Tmin (223)  
(1  n  (1  ))  223 
 263,315 K
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
 F max 
ln  крH
 (1  n  (1  ))
min 

F
ln 1,117
крH 
 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




F

A
c
кр
_
min
k


n
 Fкр _ min 
  pH Fa .
 
F
a


 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:
1
U (T )  T  FГ    RTk (T )  1
рк (Т )   1

c  A(k )  Fцт (Т )


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 223 К. Перемещение центрального тела происходит путём его
вращения относительно вала с помощью специального ключа, представленного
на рисунке 9.
При перемещении вала вправо (см. приведённую схему) будет
происходить увеличение площади критического сечения.
Величина перемещения центрального тела для данной температуры
контролируется по рискам шкалы, нанесенной на валу.
Особенностью конструкции является использование профилированной
(соответствие основному участку центрального тела) крышки 2, которая
навинчивается на центральное тело 7 и закрывает узел регулирования.
Фиксация центрального тела производится с помощью специального винта 8.
Положение винта регулируется шестигранным ключом.
Внешние поверхности центрального тела 7 и профилированной крышки
2, а также открытые участки вала покрыты специальной защитной
термостойкой пастой ВД-ВА-0011.
Конструкция центрального тела представлена на рисунке 8.
Рис. 8. Конструкция центрального тела
1 – вал; 2 – профилированная крышка; 3 – пилоны; 4 –медная прокладка; 5 – сопло; 6 –
облицовка сопла; 7 – центральное тело; 8 – винт.
Рис. 9. Ключ для регулирования положения центрального тела.
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
37
Размер файла
746 Кб
Теги
печать, рпз
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа