ВКР: Проектирование РДТТ (Разгонный блок с зарядом с коническим компенсатором)
Описание
В АРХИВЕ ВСЕ МАТЕРИАЛЫ (3D модель, архивы, чертежи, расчеты, РПЗ) ДЛЯ ЕГО СДАЧИ
Диплом защищался в 2013 году, но он актуален на сегодняшний день так как задания на ВКР те же.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ------------------------------------------------------------------------------------------------- 1
КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
1. Задание для дипломного проектирования --------------------------------------------------------- 5
2. Проектирование заряда твердого топлива -------------------------------------------------------- 6
2.1. Выбор твердого ракетного топлива ----------------------------------------------------------- 6
2.1.1. Выбор типа топлива ------------------------------------------------------------------------ 6
2.1.2. Выбор марки топлива ---------------------------------------------------------------------- 7
2.1.3. Состав и свойства топлива -------------------------------------------------------------- 10
2.2. Выбор формы заряда --------------------------------------------------------------------------- 11
2.3. Конструкция заряда ---------------------------------------------------------------------------- 12
2.4. Термодинамический расчет характеристик горения твердого топлива ------------- 15
2.5. Расчет внутрибаллистических характеристик -------------------------------------------- 17
2.6. Расчет заряда на прочность ------------------------------------------------------------------- 27
3. Внутрибаллистические характеристики двигателя -------------------------------------------- 30
3.1. Внутрибаллистические характеристики во время работы двигателя ---------------- 30
3.2. Внутрибаллистические характеристики во время выхода двигателя
на режим ------------------------------------------------------------------------------------------ 34
3.3. Внутрибаллистические характеристики во время спада давления после
окончания горения заряда --------------------------------------------------------------------- 37
3.4. Расчет отклонений и оценка предельных значений внутрибаллистических
характеристик РДТТ ---------------------------------------------------------------------------- 40
3.4.1. Случайные отклонения параметров камеры сгорания, соплового блока и
заряда твердого топлива ---------------------------------------------------------------- 40
3.4.2. Предельные отклонения параметров, вызванные случайными отклонениями
параметров камеры сгорания, соплового блока и заряда ------------------------ 43
3.4.3. Предельные отклонения параметров, вызванные неслучайными отклонениями
параметров камеры сгорания, соплового блока и заряда ------------------------ 45
3.4.4. Суммарные предельные отклонения параметров в случае нерегулируемого
сопла ---------------------------------------------------------------------------------------- 48
4. Расчет и проектирование корпуса РДТТ --------------------------------------------------------- 52
4.1. Выбор конструкции корпуса ------------------------------------------------------------------ 52
4.2. Выбор материалов корпуса РДТТ ----------------------------------------------------------- 52
4.3. Расчет силовой оболочки корпуса РДТТ --------------------------------------------------- 54
4.4. Расчет соединений корпусных деталей ----------------------------------------------------- 57
4.4.1. Расчет болтовых соединений ----------------------------------------------------------- 57
4.4.1.1. Расчет болтового соединения заднего днища с соплом --------------------- 58
4.4.1.2. Расчет болтового соединения переднего днища с узлом
воспламенения ---------------------------------------------------------------------- 59
4.4.2. Проверка фланцев на смятие ----------------------------------------------------------- 60
4.4.2.1. Проверка фланца воспламенителя на смятие --------------------------------- 61
4.4.2.2. Проверка соплового фланца на смятие ----------------------------------------- 61
5. Расчет и проектирование соплового блока ------------------------------------------------------ 62
5.1. Выбор типа сопла ------------------------------------------------------------------------------- 62
5.2. Профилирование сужающейся части сопла ----------------------------------------------- 63
5.3. Профилирование трансзвуковой части сопла --------------------------------------------- 63
5.4. Профилирование расширяющейся части сопла ------------------------------------------ 64
5.5. Расчет потерь удельного импульса РДТТ -------------------------------------------------- 66
5.6. Управление разгонным блоком космического ЛА --------------------------------------- 72
6. Проектирование тепловой защиты РДТТ -------------------------------------------------------- 73
6.1. Расчет тепловых потоков и теплозащитного покрытия в камере сгорания --------- 73
6.1.1. Определение тепловых нагрузок на элементы конструкции камеры
сгорания ------------------------------------------------------------------------------------ 74
6.1.2. Определение потребной толщины теплозащитного покрытия ------------------ 82
6.2. Расчет тепловых потоков и теплозащитного покрытия в сопле ----------------------- 84
6.2.1. Определение тепловых нагрузок на разные участки сопла ---------------------- 84
6.2.1.1. Тепловая нагрузка на внешнюю утопленную часть сопла ----------------- 88
6.2.1.2. Тепловая нагрузка на внутренний канал сопла ------------------------------- 95
6.2.2. Выбор материалов ТЗП для сопла ---------------------------------------------------- 107
7. Проектирование и расчет воспламененительного устройства ----------------------------- 108
7.1. Проектирование и расчет основного воспламенителя --------------------------------- 108
7.1.1. Расчет заряда основного воспламенителя ------------------------------------------ 108
7.1.2. Расчет толщины бронирующего покрытия заряда основного
воспламенителя -------------------------------------------------------------------------- 112
7.2. Расчет толщины теплозащитного покрытия --------------------------------------------- 112
7.3. Расчет толщины стенки корпуса воспламенителя -------------------------------------- 115
7.4. Расчет предвоспламенителя ----------------------------------------------------------------- 115
8. Масса конструкции ракетного двигателя ------------------------------------------------------- 117
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
ВВЕДЕНИЕ ----------------------------------------------------------------------------------------------- 120
1. Расчет термодинамических и внутрибаллистических характеристик РДТТ при
утилизации -------------------------------------------------------------------------------------------- 121
1.1. Термодинамический расчет характеристик горения твердого топлива ------------ 121
1.2. Расчет внутрибаллистических характеристик ------------------------------------------- 124
2. Внутрибаллистические характеристики двигателя во время работы двигателя при
утилизации -------------------------------------------------------------------------------------------- 135
3. Определение теплового состояния силовой оболочки корпуса РДТТ в конце
утилизации -------------------------------------------------------------------------------------------- 140
3.1. Определение тепловых нагрузок на элементы конструкции камеры сгорания
при утилизации -------------------------------------------------------------------------------- 141
3.2. Определение температурного состояния силовой оболочки корпуса РДТТ
в конце его утилизации ----------------------------------------------------------------------- 151
ТЕХНОЛОГИЧЕСУКАЯ ЧАСТЬ
ВВЕДЕНИЕ ----------------------------------------------------------------------------------------------- 159
1. Конструктивно-технологический анализ ------------------------------------------------------- 160
1.1. Назначение корпуса РДТТ ------------------------------------------------------------------- 160
1.2. Требования к корпусу ------------------------------------------------------------------------ 160
1.3. Материалы корпуса РДТТ ------------------------------------------------------------------- 161
1.4. Состав и описание конструкции корпуса РДТТ ---------------------------------------- 163
1.5. Метод изготовления корпуса РДТТ ------------------------------------------------------- 164
2. Типовое технологическое оборудование для намотки корпуса РДТТ ------------------- 166
2.1. Намоточный станок --------------------------------------------------------------------------- 166
2.2. Агрегат рециркуляционного подогрева АРП-8 ----------------------------------------- 168
3. Проектирование технологической оснастки --------------------------------------------------- 170
3.1. Общая характеристика оправок ------------------------------------------------------------ 170
3.2. Оправка с разрушаемой частью, оформляющей внутреннюю поверхность
изделия ------------------------------------------------------------------------------------------- 171
3.3. Выбор материала для изготовления оправки -------------------------------------------- 172
3.4. Технологический процесс изготовления песчаной оправки -------------------------- 173
4. Испытания корпуса РДТТ на прочность и герметичность ---------------------------------- 175
4.1. Испытание на прочность --------------------------------------------------------------------- 175
4.2. Испытание на прочность --------------------------------------------------------------------- 175
5. Разработка технологического процесса изготовления корпуса РДТТ -------------------- 176
5.1. Разработка маршрутно-операционного технологического процесса ----------------176
5.2. Расчет технологических параметров намотки силовой оболочки корпуса РДТТ
и соединительного узла ---------------------------------------------------------------------- 181
5.2.1. Исходные данные для расчета -------------------------------------------------------- 181
5.2.2. Расчет технологических параметров спиральной намотки силовой
оболочки корпуса РДТТ ---------------------------------------------------------------- 182
5.2.3. Расчет технологических параметров кольцевой намотки силовой
оболочки корпуса РДТТ ---------------------------------------------------------------- 186
ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ВВЕДЕНИЕ ----------------------------------------------------------------------------------------------- 188
1. Исходные данные для проведения расчета затрат на создание РДТТ -------------------- 189
1.1. Основные характеристики разрабатываемого РДТТ ----------------------------------- 190
1.2. Проект графика разработки двигателя ---------------------------------------------------- 191
2. Обоснование объема доводочных испытаний ------------------------------------------------- 193
3. Технико-экономический анализ затрат на создание РДТТ --------------------------------- 195
3.1. Затраты на проектирование двигателей -------------------------------------------------- 197
3.2. Себестоимость производства двигателя -------------------------------------------------- 199
3.2.1. Затраты на основные материалы и покупные комплектующие изделия ----- 200
3.2.2. Затраты по заработной плате основных рабочих --------------------------------- 202
3.2.3. Полная (коммерческая) себестоимость изготовления --------------------------- 204
3.3. Затраты на испытание двигателей --------------------------------------------------------- 206
3.4. Затраты на техническую подготовку производства ------------------------------------ 207
4. Определение цены двигателя и точки рентабельности -------------------------------------- 208
ЭКОЛОГИЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПИСНОСТЬ
ВВЕДЕНИЕ ----------------------------------------------------------------------------------------------- 212
1. Анализ опасных и вредных факторов ----------------------------------------------------------- 213
2. Техника безопасности ------------------------------------------------------------------------------ 214
3. Охрана окружающей среды ----------------------------------------------------------------------- 216
4. Расчет шумового воздействия струи при утилизации РДТТ ------------------------------- 218
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ---------------------------------------------------------------------------------------- 222
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ -------------------------------------------------------------
Приложение 1 ‒ Результаты термодинамического расчета состава продуктов сгорания различных топлив в программе «Terra » --------------------------------------------------------------- 1
Приложение 2 ‒ Результаты расчета разброса внутрибаллистических характеристик ----- 9
Приложение 3 ‒ Результаты расчета конвективного теплового потока в камере
сгорания ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 15
Приложение 4 ‒ Результаты расчета радиационного теплового потока в камере
сгорания ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 25
Приложение 5 ‒ Результаты расчета скорости выгорания и потребной толщины теплозащитного покрытия для камеры сгорания -------------------------------------------------- 30
Приложение 6 ‒ Результаты расчета конвективного теплового потока во внутреннем канале сопла ----------------------------------------------------------------------------------------------- 35
Приложение 7 ‒ Результаты расчета радиационного теплового потока во внутреннем канале сопла ---------------------------------------------------------------------------------------------- 106
Приложение 8 ‒ Результаты расчета суммарного теплового потока во внутреннем канале сопла ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 116
Приложение 9 ‒ Результаты расчета конвективного теплового потока в камере сгорания при утилизации ------------------------------------------------------------------------------------------ 131
Приложение 10 ‒ Результаты расчета радиационного теплового потока в камере сгорания при утилизации ------------------------------------------------------------------------------------------ 141
Приложение 11 ‒ Результаты расчета суммарного теплового потока в камере сгорания при утилизации ------------------------------------------------------------------------------------------ 146
Приложение 12 ‒ Результаты расчета температуры силовой оболочки корпуса РДТТ в конце утилизации по методике для ТЗП активного типа приведены ------------------------ 151
ВВЕДЕНИЕ
Ракетным двигателем на твердом топливе называется двигатель прямой реакции, в котором химическая энергия твердого топлива преобразуется сначала в тепловую, а затем – в кинетическую энергию продуктов сгорания, отбрасываемых с большой скоростью в окружающее пространство. Твердое топливо в РДТТ является одновременно источником получения энергии и рабочего тела – продуктов сгорания.
В настоящее время твердотопливные ракетные двигатели находят широкое применение в качестве силовых установок летательных аппаратов различных типов.
Основным преимуществом твердотопливных ракетных двигателей является концентрация необходимой энергии в меньшем объеме по сравнению с жидкостными ракетами. Наряду с простотой, более низкой ценой и воспроизводимостью характеристик эта более высокая плотность импульса объясняет привлекательность твердотопливных ракетных двигателей для многих космических целей.
Благодаря быстродействию и простоте устройства (а следовательно, надежности) РДТТ является незаменимым средством для создания тяги при проведении таких «вспомогательных » операций, как аварийное спасение космонавтов на начальном участке вывода космических кораблей на околоземные орбиты, разделение ступеней РН, раскрутка ракетных ступеней и КА с целью их стабилизации в полете, создание начальных перегрузок для нормального запуска основных ЖРД в невесомости и т.д. Во многих случаях оказывается целесообразным использование маршевых космических РДТТ. В этом качестве твердотопливные двигатели широко применяются на верхних ступенях РН и в так называемых разгонных блоках, включаемых в космосе.
Основными направлениями совершенствования РДТТ являются: улучшение энергетических и физико-механических характеристик ТРТ, уменьшение массы и габаритов РДТТ за счет применения новых технических решений и конструкционных материалов, разработка систем управления тягой РДТТ в целях адаптации ракет к условиям их применения и непосредственно использования тяги двигателя для управления движением ракет, улучшение эксплуатационных характеристик и снижение стоимости РДТТ.
Прирост удельного импульса РДТТ можно получить применяя металлизированные топлива, содержащие бериллий или его гидрид вместо алюминия. Энергетические характеристики твердых топлив могут быть повышены за счет применения в них более активных окислителей и горючих-связующих.
Могут быть улучшены другие характеристики твердых ракетных топлив: плотность, механические свойства, стабильность, технологичность. Желательным свойством твердого топлива является его полимеризуемость при нормальной температуре. Это позволяет упростить технологический процесс изготовления РДТТ и используемое при этом оборудование, а также избежать термических напряжений в топливном заряде.
Эффективным считается и использование так называемых многофункциональных и комплексных добавок, позволяющих получить твердые топлива с заданным, оптимальным сочетанием свойств.
Для обеспечения длительной работы РДТТ без ухудшения первоначальных характеристик большое значение имеет разработка эрозионностойких конструкционных и теплозащитных материалов, а также методов изготовления деталей из них.
Дальнейшие перспективы усовершенствования РДТТ открываются в связи с применением в корпусах РДТТ конструкцианных материалов из органопластиков. Они имеют более высокие механические свойства при меньшей плотности. По мере более широкого применения этих материалов их стоимость будет неуклонно снижаться.
Применение в корпусах РДТТ конструкционных пластиков на основе высокотемпературных смол, способных работать при температурах 650–700 К. Это позволит снизить массу теплоизоляции. Также можно ожидать применения теплоизоляционных материалов на основе медленно горящих твердых топлив. С целью снижения массы конструкции РДТТ исследуется возможность намотки пластиковых корпусов непосредственно на топливные заряды без использования технологических оправок. В случае успеха этих работ не только станут ненужными соединительные крепежные детали, но и упростится процесс изготовления РДТТ.
Хотя РДТТ и прост по своему устройству, его надежная работа возможна лишь при строгом соблюдении хорошо отлаженных технологических процессов, используемых в изготовлении двигателя. Наряду с усовершенствованием этих процессов ведется поиск средств и методов, гарантирующих надежный контроль качества изготавливаемых РДТТ.
Эти и другие достижения в области РДТТ открывают возможности для более широкого применения твердотопливных двигателей как в ближнем, так и в дальнем космосе.
В связи с этим тема данного дипломного проекта представляется актуальной
Характеристики ВКР
Список файлов
EcoTime Inc.
