Введение

Двигатель РД-119, предназначенный для установки на верхних ступенях ракет,
разрабатывался в период 1960-1963 гг. ОКБ-456 на базе двигателя РД-109. РД-119 отличается от РД-109 повышенной удельной тягой (352 с вместо 334 с), меньшим весом и большей
надежностью [1]. РД-119 - однокамерный двигатель с насосной подачей топлива, одноразового включения, однорежимный, предназначен для создания реактивной тяги и управляющих
моментов второй ступени ракета-носителей «Космос » . В качестве топлива используются
компоненты: жидкий кислород – окислитель, несимметричный диметилгидразин – горючее [2]. Масса двигателя, не заполненного компонентами топлива, составляет 168,5 кг, заполненного компонентами топлива – 179 кг. Продолжительность непрерывной работы на режиме главной ступени – 260 с [1]. По высокому удельному импульсу, полученному благодаря эффективному топливу, высокому давлению в камере сгорания, большой степени расширения газа в камере, РД-119 уступает лишь кислородно-водородным ЖРД.

1. Условие задания на проектирование

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

Окислитель – жидкий кислород O₂;

Горючее – несимметричный диметилгидразин (НДМГ) (CH₃)₂N₂H₂;

Тяга двигателя в пустоте – 105,6 кН;

Давление в камере сгорания – 7,9 МПа;

Давление в выходном сечении – 0,0062 МПа;

Номинальное значение давления окружающей среды – 0,001 МПа;

Площадь насадка относительная – 0,5;

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.
7. 
   

Содержание

Основные условные обозначения………………………………………………………………….4
Введение. 6
1. Условие задания на проектирование. 7

2. Выбор прототипа. Схема газожидкостных систем и ее описание. 8

2.1 Выбор прототипа. 8

2.2 Описание состава ПГС в статическом состоянии. 8

2.3 Описание работы ПГС.. 9

2.3.1 Запуск двигателя. 9

2.3.2 Режим главной ступени. 10

2.3.3 Останов двигателя. 11

3. Условная оптимизация соотношения компонентов по пустотному удельному импульсу. 12

3.1 Расчёт стехиометрического соотношения компонентов. 12

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. 12

4. Проектирование проточной части камеры ЖРД.. 15

4.1 Расчет распределения параметров рабочего тела по длине сопла для равновесной модели течения 15

4.2 Камера сгорания и сужающаяся часть сопла. 18

4.3 Коническое сопло с оптимальным углом наклона образующей. 20

4.4 Профилированное сопло с угловым входом.. 23

4.4.1 Профилирование сверхзвуковой части сопла. 23

4.4.2 Расчет коэффициента профилированного сопла. 24

4.5 Расчёт основных параметров и размеров камеры с учётом потерь. 25

5. Расчет и построение характеристик ЖРД.. 26

5.1 Дроссельные характеристики. 26

5.2 Высотные характеристики. 30

5.2.1 Высотные характеристики в зависимости от давления окружающей среды.. 30

5.2.2 Высотные характеристики в зависимости от высоты полета и глубины хода. 33

6. Расчет распределения и построение графика распределения массовых концентраций основных составляющих рабочего тела по длине сопла. 34

7. Научно-исследовательская часть проекта. Математическое моделирование предельного влияния скорости химических реакций в рабочем теле на характеристики потока. 35

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. 35

7.1.1 Равновесная модель течения. 35

7.1.2 Частично равновесная модель течения. 37

7.1.3 Неравновесная модель течения. 39

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. Заключение. 45

Список используемых источников. 46

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

Приложение Б. Распределение параметров потока по длине сопла для равновесной модели течения 68

Приложение В. Распределение параметров потока по длине сопла для частично равновесной модели течения. 75

Приложение Г. Распределение параметров потока по длине сопла для неравновесной модели течения 80