207 (Проектирование ракетного двигателя первой ступени двухступенчатой баллистической ракеты), страница 4

.

По графику зависимости подбираем число лучей и тип заряда, обеспечивающий потребный коэффициент заполнения. Выбираем звездчатый заряд со скругленными углами и .

По графикам и определяем характеристику прогрессивности горения заряда и коэффициент дегрессивно догорающих остатков .

.

Длина заряда

.

Угол раскрытия лучей

.

Радиус скругления .

Принимаем .

По таблице определяем значения углов

;

, из конструктивных соображений принимаем

Толщина свода заряда

.

Относительная длина заряда

.

Рис.9. Звездообразный заряд со скругленными углами.

2.6 Расчет на прочность корпуса РДТТ

Расчет позволяет определить толщину элементов корпуса, находящихся под давлением газов в камере сгорания. Необходимо, чтобы корпус был прочным и имел минимальную массу и стоимость.

Исходные данные:

Давление в камере сгорания ;

Внутренний диаметр камеры ;

Материал обечайки камеры 28ХСНМВФА (СП-28);

Предел прочности ;

Модуль упругости .

Порядок расчета:

Толщина металлической обечайки корпуса

,

где коэффициент запаса прочности;

временное сопротивление материала обечайки с учетом нагрева.

.

коэффициент, учитывающий снижение прочности при нагреве (принимаем, что температура обечайки не превышает ), .

Принимаем .

максимально возможное давление в КС РДТТ при максимальной температуре эксплуатации заряда

.

максимальное расчетное давление в КС РДТТ;

коэффициент, учитывающий разброс по давлению и скорости горения заряда,

.

Принимаем .

Расчет силовой оболочки сопловой крышки

Толщина сопловой крышки РДТТ

,

где запас прочности сопловой крышки;

коэффициент, определяющий высоту днища по отношению к диаметру ;

предел прочности материала сопловой крышки.

Для сопловой крышки принимаем тот же материал, что и для обечайки.

Принимаем .

Расчет переднего днища

Исходные данные:

Внутренний диаметр камеры ;

Диаметр заряда ;

Материал днища 28ХСНМВФА (СП-28);

Предел прочности ;

Диаметр отверстия под фланец .

Порядок расчета:

Толщина днища

,

где коэффициент, учитывающий снижение прочности днища от отверстия под воспламенитель,

.

Наиболее нагруженными являются точки стыка цилиндрической обечайки корпуса РДТТ и днища, а также днища и воспламенителя.

Главные радиусы кривизны и для выбранных расчетных точек (рис.10)

Рис.10. Расчетная схема.

Точка 1. Угол в точке 1

,

где текущий радиус;

радиус отверстия под воспламенитель;

большая полуось эллиптического днища

;

малая полуось эллиптического днища

.

Главные радиусы кривизны в точке 1

;

.

Толщина днища в точке 1

.

Принимаем .

Точка 2.

Угол в точке 2, когда , .

Главные радиусы кривизны в точке 2

;

.

Толщина днища в точке 2

.

Принимаем .

3. Расчет теплозащитных покрытий РДТТ, выполненного по схеме «кокон»

3.1. Расчет тепловых потоков в элементах РДТТ

Исходные данные:

Диаметр камеры сгорания ;

Диаметр входа в сопло ;

Диаметр критики сопла ;

Температура продуктов сгорания в камере ;

Расход газа через сопло .

Расчет теплового потока у переднего днища

Коэффициент конвективной теплопередачи

,

где коэффициент тепловодности продуктов сгорания;

коэффициент вязкости продуктов сгорания. В первом приближении принимаем

;

коэффициент объемного расширения продуктов сгорания. Для смесевых топлив

. Принимаем ;

температура поверхности теплообмена. Принимаем ;

ускорение полета летательного аппарата. В первом приближении принимаем

.

Суммарный коэффициент теплопередачи

,

где коэффициент теплопередачи излучением.

Суммарный тепловой поток от газа к поверхности переднего днища

.

Расчет теплового потока в стенку камеры сгорания и сопловой крышки

Коэффициент конвективной теплопередачи

,

где теплоемкость продуктов сгорания. ,

. Принимаем .

Суммарный коэффициент теплопередачи

.

Суммарный тепловой поток от газа в стенку камеры сгорания и сопловой крышки

.

Расчет тепловых потоков в стенку сопла

Коэффициент теплопередачи по сечениям сопла

Сечение на входе в сопло

,

Сечение в критике сопла

,

Сечение сверхзвуковой части сопла

,

Сечение сверхзвуковой части сопла

,

Суммарный коэффициент теплопередачи

Для сечения на входе в сопло

.

Для сечения в критике сопла

.

Для сечения

.

Для сечения

.

Суммарный тепловой поток от газа в стенку сопла

Для дозвуковой части сопла

.

Для критики сопла

,

где температура газа в критическом сечении сопла. Для критики расчет проводится

с помощью таблиц газодинамических функций. В первом приближении можно принять .

Для сверхзвуковой части сопла

;

,

где температура газа в соответствующих сечениях сопла (1, 2). также определяется расчетом с помощью таблиц газодинамических функций. В первом приближении можно принять ;

.

3.2 Расчет теплозащитного покрытия двигателя

Исходные данные:

Время работы РДТТ ;

Температура продуктов сгорания ;

Начальная температура материала ;

Толщина стенки: переднего днища ;

корпуса обечайки ;

сопловой крышки ;

Коэффициент теплопередачи: переднее днище ;

обечайка корпуса и сопловая крышка ;

Материал переднего днища, сопловой крышки

и обечайки корпуса 28ХСНМВФА (СП-28);

Плотность ;

Удельная теплоемкость ;

Допустимая температура нагрева ;

Расчет толщины теплозащитного покрытия переднего днища

Для переднего днища, работающего в условиях высоких температур, но небольших скоростей движения газов ( ), применяем фенольно-каучуковый материал БК – 31 – эластичное резиноподобное покрытие.

Теплофизические характеристики БК – 31:

Плотность ;

Удельная теплоемкость ;

Коэффициент теплопроводности .

,

где ; коэффициенты аппроксимации;

константа аппроксимации;

относительный параметр,

;

коэффициент аппроксимации,

;

температурный симплекс (безразмерная температура),

.

Принимаем толщину ТЗП переднего днища .

Расчет толщины ТЗП обечайки корпуса и сопловой крышки

Для обечайки корпуса и сопловой крышки, работающих в условиях высоких температур и скоростей движения газов (W до 300 м/с), применим слоистый материал на основе стекловолокна АГ – 4В, имеющий следующие теплофизические свойства:

Плотность ;

Удельная теплоемкость ;

Коэффициент теплопроводности .

,

где относительный параметр,

;

коэффициент аппроксимации ТЗП,

;

температурный симплекс (безразмерная температура),

.

Принимаем толщину ТЗП оболочки корпуса и сопловой крышки .

Расчет длины теплоизолируемой части камеры сгорания

,

где длина цилиндрической части заряда (рис.7);

коэффициент заполнения цилиндрической части камеры сгорания

;

для скрепленного заряда;

;

относительная толщина свода заряда.

Расчет теплозащитного покрытия сопла

Исходные данные:

Толщина стенки: входного раструба сопла ;

выходного раструба сопла ;

Коэффициент теплопередачи:

воротника сопла ;

сопловой вкладыш в критике ;

сверхзвуковой раструб сопла ;

;

Материал входного раструба сопла 28ХСНМВФА (СП-28);

плотность ;

удельная теплоемкость ;

допустимая температура нагрева ;

Материал выходного раструба сопла 30ХГСА;

плотность ;

удельная теплоемкость ;

допустимая температура нагрева ;

Расчет толщины теплозащитного покрытия воротника

Для воротника применяем слоистый материал на основе стекловолокна АГ – 4В:

Плотность ;

Удельная теплоемкость ;

Коэффициент теплопроводности .

Расчет толщины ТЗП воротника проводим аналогично расчету толщины ТЗП камеры РДТТ. Считаем, что материал воротника работает как пассивное ТЗП.

,

где ; коэффициенты аппроксимации;

константа аппроксимации;

относительный параметр,

;

коэффициент аппроксимации ТЗП,

;

температурный симплекс (безразмерная температура),

.

Принимаем толщину ТЗП воротника (в радиальном направлении).

Расчет теплозащитного покрытия вкладыша сопла

Для вкладыша сопла применяем материал повышенной жаропрочности и жаростойкости, высокой эрозионной стойкости: пирографит, имеющий следующие теплофизические свойства:

Плотность ;

Удельная теплоемкость ;

Коэффициент теплопроводности .

,

где

;

;

,

температура газа в критическом сечении.

Принимаем толщину ТЗП воротника .

Расчет толщины теплозащитного покрытия выходного раструба сопла

Для выходного раструба сопла применяем слоистый материал на основе стекловолокна АГ – 4В:

Плотность ;

Удельная теплоемкость ;

Коэффициент теплопроводности .

Для сечения сопла

,

где

;

,

температура газа в сечении сопла .

Для сечения сопла

,

где

,

температура газа в сечении сопла .

Принимаем толщину ТЗП выходного раструба сопла ; .

Литература

1. Гречух Л.И., Гречух И.Н. Проектирование РДТТ. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. Омск, 2003.

2. Гречух Л.И., Гречух И.Н. Конструкция и проектирование РДТТ. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. Омск, 2003.

3. Алиев А.М., Липанов А.М. Проектирование ракетных двигателей твердого топлива. – М.: Машиностроение, 1995. 400с.

4. Ерохин Б.Т. Теория внутрикамерных процессов и проектирование РДТТ. – М.: Машиностроение, 1991. 560с.

5. Голубев И.С., Самарин А.В. Проектирование конструкций летательных аппаратов. – М.: Машиностроение, 1991. 512с.

6. Расчет теплозащитных покрытий РДТТ. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по дисциплине «Ракетные двигатели». Омск, 2004. 27с.