Программа курса ТРП-1998 г. (Документы курса)

11

Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации

М осковский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана

" УТВЕРЖДАЮ"

Первый проректор -
проректор по учебной работе
МГТУ им. Н.Э.Баумана

___________________Е. Г. Юдин

"___"__________________ 1998 г.

ТЕОРИЯ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ЖРД

( учебная программа )

Факультет: Э

Специальность 13.04.00 специализации: 13.04.01, 13.04.03, 13.04.04.

Факультет
ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЕ

Кафедра

РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

РАЗДЕЛ 1

Цели и задачи дисциплины

Дисциплина "Теория рабочих процессов ЖРД" входит в цикл профилирующей проектно-конструкторской подготовки студентов по специальности 13.04. Целью цикла и дисциплины является подготовка студентов к самостоятельному решению научно-технических задач, разработке и созданию новых эффективных с высокой степенью надежности ЖРД. Задачами дисциплины являются формирование умений, знаний и навыков по следующим направлениям деятельности:

- обоснование выбора источника энергии (вида топлива) для различных типов ДЛА с учетом требований эффективности и надежности работы ДУ, а также эксплуатационных, экономических и экологических требований;

- построение (разработка) физических и математических моделей основных этапов рабочего процесса, обусловленных химической кинетикой, гидрогазодинамикой либо тепло-массообменом в ДУ на химических (жидких, твердых, гибридных) источниках энергии;

- расчет и обоснование режимных и геометрических параметров к. с. ДУ.

Профессиональные знания

Студент должен знать:

1. Характеристики рабочего тела и компонентов ракетных топлив (I_п, I_o, I_физ, _т, k_o, , R, T).

2. Закономерности:

- распыливания, смешения, испарения, воспламенения, горения (кинетическое, диффузионное, ламинарное, турбулентное, гомогенное, гетерогенное);

- неустойчивости рабочего процесса в РД (низкочастотная, высокочастотная).

3. Понятия:

рабочее тело, энтальпия, стехиометрический коэффициент, коэффициент избытка окислителя, кинетика (горения, рекомбинации, диссоциации), химическая стабильность, токсичность, коррозионная активность, теплота сгорания, химическая активность, неустойчивость рабочего процесса (вибрационное горение), частота и амплитуда колебаний давления в к. с., порог устойчивости.

Методики:

- расчета характеристик ракетных топлив (I_п, H_т, k_o, _т и др.);

- расчета сравнительной эффективности ракетных топлив;

- расчета характеристик смесеобразования (распыливания, смешения, испарения);

- расчета характеристик воспламенения и горения (кинетическое, диффузионное, турбулентное);

- расчета характеристик низкочастотной и высокочастотной неустойчивости;

- расчета полей температур в заряде ТРТ (профиль Михельсона);

расчета влияния на U_гор давления в камере сгорания (p_k), начальной температуры ТРТ (T_o), скорости газового потока вдоль поверхности горения заряда ТРТ (эрозионное турбулентное горение);

- выбора рабочего тела и конструкционных материалов в РД.

Профессиональные навыки и умения

Студент на уровне репродуктивной (воспроизводящей знания) деятельности должен уметь:

1) разрабатывать физико-математические модели;

2) выполнять оптимизационные расчеты;

3) обосновывать параметры рабочего процесса в к. с. и г. г. ДУ в соответствии с общими требованиями к ЭСУ;

4) выполнять расчеты характеристик рабочего процесса в к. с. и г. г. ЭСУ с широким использованием современной вычислительной техники, как составной части САПР.

Основные исходные профессиональные и интеллектуальные

навыки, умения, знания

Навыки

Студент должен иметь навыки самостоятельной работы со справочной учебно-методической и научно-технической литературой; выполнения и чтения чертежей в соответствии с ГОСТ ЕСКД; владения клавиатурой ПЭВМ, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ; пользования операционными системами ЭВМ, каталогизированными программами, снабженными единой системой программной документации (ЕСПД), в единых системных средах; численных методов решения систем дифференциальных уравнений математической физики; преобразования математических выражений к каноническому виду.

Умения

Студент должен уметь:

1) составлять и решать системы дифференциальных уравнений математической физики, описывающих процессы движения, теплообмена, массообмена жидких, газообразных, многофазных сред;

2) выбирать метод решения дифференциальных уравнений;

3)определять основные термодинамические характеристики рабочего тела;

4) работать в современных программных и системных средах ЭВМ коллективного и персонального пользования.

Знания

Студент должен иметь знания по:

1) основам молекулярной физики и термодинамики, физики атомов, молекул, ядра и элементарных частиц;

2) основам (основные законы) химической термодинамики, газовой динамики, гидродинамики, теплопередачи, общей теории РД;

3) математическим моделям теплообмена теплопроводностью, излучением, конвекцией;

4) основным формам записи уравнений движения жидкости и газа;

5) основным соотношениям для конечной скорости полета (уравнение Циолковского К.Э.), тяги (Р), удельного импульса (I_у) и др.;

6) методикам и программам термодинамического расчета свойств рабочего тела;

основам учения о прочности конструкций, свойствам основных конструкционных материалов РД.

РАЗДЕЛ 2

Рабочая программа курса -162 часа

Аудиторная работа - 102 ч.

Лекции - 68 ч.

Внеаудиторная работа - 60 часов

Лекция 1. Вводная лекция - 2 ч.

Роль отечественной науки в создании современных ЖРД. Использование эффективных топлив и совершенствование рабочего процесса в ЖРД как один из основных путей повышения их характеристик.

I. Топлива РД - 16 ч.

Лекция 2. Общие сведения об источниках энергии и рабочих телах РД. Терминология определения. Характеристика источников энергии в РД. Оценка эффективности химических источников энергии в зависимости от назначения ДУ. Требования, предъявляемые к топливам РД (основные (энерго-массовые), эксплуатационные, экономические и др.).

Лекция 3. Основные характеристики топлив и их определение. Теплота сгорания, химический состав (газовая постоянная) продуктов сгорания (рабочего тела), плотность топлива. Соотношение компонентов и химический состав топлива, влияние их на I_у. Температура горения (термодинамическая, действительная). Диссоциация продуктов сгорания. Ее зависимость от температуры, давления, термической стабильности газов (состав топлив на основе О₂ и F₂).

Лекция 4. Окислители ЖРД. Их классификация. Элементарные окислители (О₂, О₃, F₂ и др.). Окислители сложного химического состава (HNO₃, N₂O₄, H₂O₂, NF₃ и др.). Физико-химические свойства окислителей на основе O₂ и F₂. Технология получения. Преимущества и недостатки. Область применения. Энергетические и эксплуатационные характеристики.

Лекция 5. Горючие ЖРД. Их классификация. Элементарные горючие: водород (жидкий, шугообразный, атомарный); металлы (Mg, Al, Li, B и др.). Особенности их использования. Горючие сложного химического состава (нефтепродукты, амины, спирты и др.). Их физико-химические свойства. Влияние химического состава горючих на энергетические характеристики эффективных топлив. Углеводородные горючие (керосин, жидкий метан), гидриды азота (NH₃, N₂H₄) и их производные; амины (алифатические, ароматические). Методы их получения. Преимущества и недостатки.

Лекция 6. Металлы - горючие РД. Их преимущества и недостатки перед другими видами химических источников энергии. Химические соединения металлов с другими горючим элементами. Бороводородные соединения, карбораны, радикалы. Их энергетические и эксплуатационные характеристики.

Лекция 7. Однокомпонентные топлива. Их энергетические и эксплуатационные характеристики. Область применения.

Лекция 8. Двухкомпонентные топлива раздельной подачи. Топлива на основе кислорода, фтора, азотной кислоты, азотного тетраксида. и др..

Лекция 9. Самовоспламеняющиеся топлива. Их преимущества и недостатки. Область применения.

II. Рабочие процессы ЖРД (смесеобразование и горение топлив) - 26 ч.

Лекция 10. Общие сведения о рабочем процессе в камере сгорания (к. с.) и газогенераторе (г. г.) ЖРД. Его основные особенности и показатели.

Лекция 11. Качественная схема протекания рабочего процесса в ЖРД.

Лекция 12. Распыливание компонентов топлива в ЖРД. Общие сведения о форсунках, применяемых в ЖРД. Методы, основные особенности, механизм и характеристики распыливания.

Лекция 13. Влияние характеристик распыливания на эффективность рабочего процесса ЖРД. Методы расчета характеристик распыливания.

Лекция 14. Испарение компонентов топлива в к. с. ЖРД. Особенности испарения. Зависимость скорости (времени) испарения компонентов топлива от их физических свойств, тонкости распыливания, относительных скоростей газа и капли и др..

Лекция 15. Методы расчета характеристик испарения жидких компонентов топлива.

Лекция 16. Смешение компонентов топлива в ЖРД. Роль типа смесительных элементов, схем их расположения, параметров распыливания на характеристики смешения.

Лекция 17. Воспламенение топлив ЖРД. Особенности воспламенения самовоспламеняющихся и несамовоспламеняющихся топлив. Факторы, влияющие на характеристики термического воспламенения (Т_в, Т_к) и химического самовоспламенения (_s). Оценка их влияния на пусковые характеристики ЖРД.