Двигатель РД-105, разрабатывался с 1954 года как мощный однокамерный двигатель первой ступени межконтинентальной баллистической ракеты на компонентах топлива: окислитель- жидкий кислород, горючее- керосин. Предусматривалась установка первой ступени ракеты из четырёх двигателей РД-105. Начальное зажигание компонентов топлива в камере сгорания при запуске двигателя обеспечивается жидкостным зажигательным устройством, установленным в камеру сгорания. Рабочим телом турбины являются продукты каталитического разложения раствора перекиси водорода 80 %-ной концентрации. Разложение перекиси водорода в газогенераторе происходит под действием твёрдого катализатора. На двигателе предусмотрена насосная подача жидкого азота для наддува топливных баков. Подогрев азота в испарителе осуществляется за счёт тепла выхлопных газов турбины.

Тяга двигателя может регулироваться изменением режима работы газогенератора путём перенастройки редуктора давления воздуха, управляющего редуктором перекиси водорода. На двигателе возможно регулирование соотношения компонентов топлива изменением гидравлического сопротивления дросселя горючего. Тяга двигателя РД-105 у земли составляет 55 т, удельный импульс-260 сек.

В 1954 году работы по двигателю РД-105 были прекращены в связи с тем, что взамен потребовались более мощные двигатели.

1 Условия задания

Требуется спроектировать и рассчитать параметры и характеристики камеры жидкостного ракетного двигателя со следующими исходными данными:

Окислитель – жидкий кислород O₂;

Горючее – керосин;

Тяга двигателя в пустоте – 627.8 кН;

Давление в камере сгорания – 5.89 МПа;

Давление в выходном сечении – 0.059 МПа;

Номинальное значение давления окружающей среды – 0.1 МПа;

Площадь насадка относительная –2.5;

Число камер в двигательной установке – 1 шт.

Проектирование включает в себя следующие разделы:

1. выбор прототипа проектируемого двигателя, описание схемы ПГС ДУ;
2. условная оптимизация соотношения компонентов топлива по удельному импульсу;
3. проектирование проточной части ЖРД, работающего на номинальном режиме;
4. расчет и построение характеристик ЖРД;
5. расчет основных параметров двигателя и размеров его камеры с учетом потерь;
6. математическое моделирование рабочих процессов в сопле.

Содержание

Задание на проектирование 4

Введение. 5

1 Условия задания................................................................................................................................ 6

2 Выбор прототипа. Схема газожидкостных систем и ее описание. 7

2.1 Выбор прототипа. 7

2.2 Описание состава ПГС в статическом состоянии. 7

2.3 Описание работы ПГС.. 8

2.3.1 Запуск двигателя. 8

2.3.2 Режим главной ступени. 9

2.3.3 Останов двигателя. 9

3 Условная оптимизация соотношения компонентов по пустотному удельному импульсу. 10

3.1 Расчёт стехиометрического соотношения компонентов. 10

3.2 Подготовка данных, расчёт и построение графиковзависимости от соотношения компонентов К_m(α) пустотного удельного импульса I_у.п для трех моделей течения и Т_к, R и β для равновесной модели. 10

4 Проектирование проточной части камеры ЖРД.. 14

4.1 Расчет распределения параметров рабочего тела по длине сопла для равновесной модели течения 14

4.2 Камера сгорания и сужающаяся часть сопла. 17

4.3 Коническое сопло с оптимальным углом наклона образующей. 19

4.4 Профилированное сопло с угловым входом. 22

4.4.1 Профилирование сверхзвуковой части сопла. 22

4.4.2 Расчет коэффициента профилированного сопла. 23

4.5 Расчёт основных параметров и размеров камеры с учётом потерь. 24

5 Расчет и построение характеристик ЖРД.. 25

5.1 Дроссельные характеристики. 25

5.2 Высотные характеристики. 31

5.2.1 Высотные характеристики в зависимости от давления окружающей среды.. 31

5.2.2 Высотные характеристики в зависимости от высоты полета и глубины хода. 34

6 Расчет распределения и построение графика распределения массовых концентраций основных составляющих рабочего тела по длине сопла. 35

7 Научно-исследовательская часть проекта. Математическое моделирование предельного влияния скорости химических реакций в рабочем теле на характеристики потока. 36

7.1 Подготовка данных, расчёт и построение распределения параметров T, ρ, М, λ, р, w, ρw по длине сопла при различных допущениях о равновесности процессов. 36

7.1.1 Равновесная модель течения. 36

7.1.2 Частично равновесная модель течения. 38

7.1.3 Неравновесная модель течения. 40

7.2 Анализ особенностей распределения параметров по длине проточной части камеры при разных моделях течения и объяснения причин их появления с учётом изменённого состава рабочего тела. 42

7.3 Оценка возможных потерь на неравновесность течения в сопле двигателя. 44

8 Выводы. Сравнение проектирования с параметрами двигателя-прототипа. Анализ причин рассогласования 45

Список литературы.. 46

Приложение. 47

Приложение А. Условная оптимизация соотношения компонентов для трех моделей течения. 47

Приложение Б. Распределение параметров потока по длине сопла для равновесной модели течения.

100

Приложение В. Распределение параметров потока по длине сопла для частично равновесной модели течения 108

Приложение Г. Распределение параметров потока по длине сопла для неравновесной модели течения 113