rpd000010485 (1010994), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

При проведении данного расчета считается, что выбранное соотношение компонентов постоянно по сечению камеры сгорания. Однако, для улучшения условий охлаждения камеры сгорания, возле стенок создается пристеночный слой, в котором коэффициент избытка окислителя отличается от своего значения в ядре потока. За счет увеличения содержания горючего в пристеночном слое температура газовой стенки падает, что уменьшает конвективный тепловой поток, передаваемый стенке камеры. Продукты сгорания в пристеночном слое имеют иные термодинамические параметры, нежели в основном потоке. Соответственно, удельный импульс, создаваемый продуктами сгорания в пристеночном слое, будет отличаться (в меньшую сторону) от удельного импульса основного потока.

При проведении стандартных термодинамических расчетов считается, что вся энергия, получаемая в результате сгорания топлива, переходит в кинетическую энергию частиц истекающих газов. При этом не учитывается энергия, затрачиваемая на привод предкамерной турбины. Однако величины потерь составляют небольшую часть от общей термодинамической энергии рабочего тела и не могут быть оценены до проведения расчетов параметров предкамерной турбины.

По результатам проведения расчетов предкамерной турбины, влияния пристеночного слоя, параметры двигательной установки могут быть скорректированы, что потребует повторного проведения теплового и всех последующих расчетов.

4.1 Термодинамический расчет КС

Термодинамический расчёт КС со схемой с дожиганием производится в несколько этапов.

В начале находятся параметры в газогенераторе. Горение в газогенераторе осуществляется с большим избытком горючего, температура не должна превышать 1100º К. при такой температуре продукты сгорания находятся в неравновесном состоянии, а следовательно, рассчитать их параметры по обычной методике невозможно. Для восстановительного газогенератора на фторе и водороде в [4] приведены следующие экспериментальные параметры: α=0,06, R=2052, Т=1051º К, n=1,386, Ср=2154 кДж/кг*ºК (выбор произведён для наименьшей температуры).

На втором этапе проводится ряд приближённых расчётов по схеме без дожигания при заданном значении давления и найденных с учётом поправки на давление значениях энтальпии компонентов. Значения энтальпии находятся по формуле:

Полная методика определения энтальпии изложена в [1].

где – энтальпия компонента при заданной температуре, – давление в камере сгорания.

С учётом этих поправок энтальпии будут равны:

Выбор предварительного значения α производится по наибольшему значению произведения (RT)кс. Выберем α=0,24

На третьем этапе производится серия уточняющих расчётов для схемы с дожиганием. Для этого зададимся значениями:

где – потери от насосов до ГГ, – потери от ГГ до КС, – КПД насосов и турбины.

Далее рассматривается баланс мощностей насосов и турбины:

где давления на входах в насосы.

Задаваясь значениями , построим графики и определим их пересечение.

После этого найдём , сработанную на турбине:

Определим новую энтальпию генераторных газов после срабатывания на турбине и реальный состав (условную формулу) горючего, поступающего в КС.

Далее проводится повторный термодинамический расчёт параметров в камере сгорания и находится новое оптимальное значение αкс, после чего оно сравнивается с предыдущим. Если:

то примем новое значение αкс как искомое, в противном случае уточняющий расчёт проводится заново, с новыми параметрами.

После получения αкс проводится расчёт истечения по каналу при известном значении n и находятся параметры на срезе сопла.

Полученные данные приведены в таблице 2:

Результаты термодинамического расчета Таблица 2

Расчёты проведены в программе «Термодинамика».

4.2 Газодинамический расчет КС

Целью газодинамического расчета является определение параметров истекающего газового потока в характерных сечениях КС, удельного импульса ДУ основного блока, геометрических размеров критического сечения и среза сопла.

4.2.1 Газодинамический расчёт идеального канала

1) Расчет термодинамических величин в канале и на его срезе.

Наедем газовую постоянную:

где R0 = 8314 Дж/моль·кг - универсальная газовая постоянная;

Определяем удельный объем:

По результатам программы «Термодинамика»:

Показатель процесса:

2) Расчет параметров критического сечения:

Степень расширения в критическом сечении канала:

Определим скорость потока в критическом сечении канала:

Удельный объём продуктов сгорания:

Находим удельную площадь критического сечения:

3) Расчет параметров на срезе сопла:

Определяем степень расширения на срезе канала:

Скорость потока на срезе канала,

,

По результатам программы «Термодинамика»:

Определяем удельную площадь сопла:

Геометрическая степень расширения сопла,

4) Расчет параметров двигателя:

Найдем удельный импульс на земле:

Расход топлива:

Определяем удельный импульс в пустоте:

Найдем тягу в пустоте:

Площадь критического сечения и среза сопла:

Определим расходный комплекс и коэффициент тяги:

4.2.2 Газодинамический расчёт реального канала

1). Расчет коэффициентов потерь

Коэффициент, учитывающий потери, связанные с недогоранием топлива: φк=0,97.

Коэффициент, учитывающий потери на рассеивание потока: φα = 0,992 для αс=10º - угла полураскрытая сопла канала.

Коэффициент, учитывающий все остальные потери в закритической части канала: φw∞ = 0,98.

Коэффициент, учитывающий потери в закритической части канала в пустоте, φс∞:

Коэффициент, учитывающий потери в закритической части канала на земле, φс0:

где, Δφс коэффициент, учитывающий влияние земного противодавления:

2). Расчет реальных параметров двигателя

Удельный импульс в пустоте:

Удельный импульс на земле:

Расход топлива:

Расход горючего и окислителя:

Площадь критического сечения и среза канала:

Диаметр критического сечения и среза канала:

Тяга в пустоте:

Расходный комплекс и коэффициент тяги:

5. Определение габаритов топливных баков

Масса топлива, необходимого для обеспечения работы двигательной установки в течение времени полета определяется как:

,

где массовый расход топлива ДУ;

кг/с;

коэффициент запаса топлива;

;

– время работы ДУ;

с;

Дополнительный запас топлива в баках, учитываемый коэффициентом , необходим для гарантированного обеспечения работы ДУ в течение заданного времени при любых допустимых отклонениях расходов компонентов.

Масса топлива, необходимая для обеспечения работы ДУ равна:

кг;

Масса горючего:

кг;

Масса окислителя:

кг;

Объем бака горючего:

м3;

Объем бака окислителя:

м3;

Коэффициент объема бака учитывает объём газовой подушки, а так же наличие внутри бака конструкционных элементов

;

Для определения осевых габаритов баков ракеты в первом приближении, форма баков принимается цилиндрической.

м;

м;

где d – диаметр ступени ракеты, равный 1,5 м.

В действительности, форма баков отличается от цилиндрической. Это связано с кривизной днищ. Однако учет влияний этих факторов затруднен до проведения оценки габаритов всех элементов двигательной установки. Данные об осевых габаритах баков ракеты определяют высоту столба жидкого компонента, необходимую в дальнейшем для определения максимально допустимого числа оборотов ТНА из расчета насоса окислителя на кавитацию.

Характеристики

Список файлов учебной работы