Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 79
Текст из файла (страница 79)
4) где 3 — коэффициент объемного расширения компонента. Уравнение состояния газов в подушке при этом будет и~меть вид (1Х. 5) Рб пьах(~ п0д Ь$ пою) = ОЙТты. 414 Подставляя в зто выражение значения 6 и х)геок из уравнений (1Х. 3) и (1Х. 4), получим Ремах( апоа !т компр Ртах уо) = ж~тах ЯТ отсюда после сокращений и преобразований получим (!Х. 6) Таблица 30 Значения коэффициента объемного расширения 3 для различных жидкостей прн комнатной температуре № по пор. № по пор. 6 10 6 10 Жидкость Жидкость 5 9,4 10,4 Азотная кислота 100е/» Анилин Бензин Керосин Метиловый спирт Перекись водорода 12,4 2,58 12,4 9 —:10 12,2 10,7 Серная кислота Скипидар 1ООЫ-ный этиловый спирт 50о/о-ный этиловый спирт 10 7,4 Наибольшая температура Т .* по заданию равна 323' абс. По выражению (1Х.
6) определяем объемы воздушных подушек: для бака керосина (ткомпр Ртах То) 0,19 10 10 (323 — 288) )тпок — 0,00818 ма; Роутах 1 ° 10а.323 6 10а 288 для бака азотной кислоты "'пох . — 0,0240 мз. 0,45 12,4 10 ч(323 в 288) Г 1Оа 323 1— 6 10' 288 415 ) т 1' комой (Ттах То) поа 1— Рот тех Ре мах!о Пример !9. Определить объем воздупаной подушки в баках горючего — керосина и окислителя — азотной кислоты, если расчетные объемы баков равны )трасч. кер=О 19 ма 1' расч.
нное =0,45 мй Заправка баков производится при температуре онружаюшей среды То =15'С и давлении Ро =1 ага. Система подачи вытеснительная; по техническим условиям эксплуатации двигательной установки производится в пределах температур +50' С. Решение: Так как подача вытесиительная, считаем наибольшее допустимое давление в баках Ре ., равным 6 ага. Коэффициенты объемного расширения керосина и азотной кйслоты равны (табл.
30) аскер='1О' 10 ! йнио — 12,4 РО ПРимер 20. Подсчитать 'объем баков горючего и окислителя ЖРД, работающего на топливе: керосин (7„=820 кг/м') и 96гв-ная азотная кислота (т ног= =1560 кг/м'), если тяга двигателя Р=3000 кг, удельная тяга Р„, = 2Г0 кг, сгк/кг, время работы ЩРД /=60 секч действительное отношение расхода окислителя к расходу топлива у=4,5. Решение: Определяем необходимый расход топлива Р 3000 О= — = — — 14,3 кг/сгк.
Рта 210 Находим расход горючего О„и окислителя О.. По формуле (Ч. 14') О 143 О,= = ' =2,6 кг/сгк; Ос=Π— О,=14,3 — 2,6=! 1,7 кг/сгк. 1 -(- ч 1-!-4, 5 Находим расчетные объемы баков. Расчетный объем бака для горючего Огг 26 60 Мрасч. г= = =0,19 м . тг 820 Расчетный объем бака для окислителя Оат 11,7 60 1"расч.
о = = ' = 0,45 ма. тано, 1560 Определяем гарантийные запасы объема баков. Для бака горючего гарантийный запас объема принимаем равным 5% расчетного объема бака. Гарантийный запас объема бака окислителя берем меньшим, чем !угар для бака горючего, так как расчетный объем бака для окислителя больший.
Принимаем его равным 2'/а от )граса. Объемы воздушной подушки для нашего примера подсчитаны в примере 19. Зная (граса. Мгар и )гаса, определяем полные объемы баков, Полный объем бака горючего (керосина) равен и= 0,19+0,05 ° 0,19+0,00818 = 0,20768 = 0,208 м'. Полный объем бака окислителя (азотной кислоты) равен 1'= 0,45+0,02 ° 0,45+0,024 = 0,483 м'. Расчет баков на прочность Расчет баков на прочность производят, как расчет тонкостенных сосудов. При насосной подаче в первом приближении расчетное давление в баках р,„можно принять равным 2 — 3,5 кг/смз. В случаях, когда в ракете при насосной подаче баки выполнены несущими, расчет баков на прочность производят из условий прочности баков и всей ракеты.
При баллонной подаче расчетное давление подачи бака ра определяется после окончательной разработки всей гидравлической системы. Очевидно, что необходимое давление подачи ра равно давлению в камере сгорания плюс сумма всех потерь давления на пути компонента от бака до камеры сгорания, т. е. р,=р,+6/,+ йр„„+ар „а+ар„,+ар,„, <)Х.у) где рз — давление в камере сгорания; Ь ре — потери давления в форсунке; 416 д р.
— потери в рубашке охлаждения; Ьр „Б — потери в трубопроводах; зр„, — потери в клапанах; ьр — потери в дроссельной шайбе. Все потери на пути компонента от баков до камеры сгорания подсчитываются по обычным формулам гидравлики (см. ниже, Э 64). Гидравлическая система двигателя обычно проектируется твк, чтобы давление в баках было бы одинаковым. Это сильно упрощает всю систему подачи, Неравенство гидравлических сопротивлений трактов горючего и окислителя ликвидируется постановкой специальных дроссельных шайб (т.
е. изменением ар„). Эти же шайбы используются для обеспечения необходимого расхода компонентов топлива и их соотношения. дни е Сртеро нее«ее Зная р , для баков цилиндрической формы, находят необходимую толщину стенки бака о по формуле Ррасид 5=А см, 2а (!Х. 8) где с1 — внутренний диаметр бака в см; Т о — допустимое напряжение на растя- , ияллалтинесжение для выбранного материала ." «ее днище баков в «з/см 7 2. Фиг. 158.
Эллиптическая а — коэффициент запаса прочности. и сферическая форма Для баков ЖРД с вытеснительной пода- ляиш чей величину й принимают равной 1,5 —:2. При вытеснительной подаче с ПАД или ЖАД стенки бака |разогреваются до температуры ЗОΠ— 350' С. Поэтому надо учитывать понижение прочности материала при повышенных температурах. Расчет дниаца баков производят в зависимости от их формы. Наиболее распространенной является эллиптическая или близкая к ней форма днища. Поверхность эллиптического днища образуется в результате вращения полуэллипса вокруг малой оси (фиг.
158). Расчет толщины днища при этом производится по формуле й Ррасие 2а (1Х. 9) где г — радиус сферы дниаца. Материалы для баков При выборе материала для баков исходят из указанных выше требований, предьявляемых к бакам. Минимального веса конструкции можно достичь, применяя материалы с высокими механическими свойствами или малым удельным весом.
417 27 Г. Б. Сиверса и М. Б. Лооровоиьсииа »О оо »О ио »О О» И»О СОСЧСЧСЧ О 3' 1111111 ООООООО о осооо иЪО О СО О иЪО о 1 о ОО СО СО ЪО СО»О» СО О »О О»О О ОО 111111 ОООООО ЪГЪ ~ О 3' и =ОЪ:О 1111 ОООООО '3 О О О ИЪЪОИЪ ЭОСИЪ Сс О - СЪ ОЪ Оио СЧ»Ъ \' $' О о о ИЪ ОЪО \О О ЪО счо сч сосо счоо $'ч'иъ ОЪОО 3 3' ОСЪИЪ 3 =ч сч ИЪОИЪ Ос,ъ"СЧ о"О 11111111 ' ооо 11ТТТ ООООО о 1 о СО 3' СО »О Ф О а о оооо О ~ 3~ Ь о о 1111 оооо 1111 ОООО оооо оооо о о о оо 418 Ф О О а Ф Й и л а а О а а Х » а а О Х и з О О Х О а ФФ ° Ъо а Ф а а и й Я Ъй й ~ а х а $ хи р а ФХ их Ф и и ЛЪ ио ФХ о о хо „х ФЮ »О о Ъ Х Ф йо а йс 3- 3 й о о й с- Ф оо "О. а Ф ь СЧ о о И о о а ао 3 х '" 'с а Фий аи Я Л СО О СО СЧ ИО* о СЪ Т о о сч»., о Ю й» йъ йъ »О 'ъ' со Й Т 11 ! 111 ! ! ! Т СЧСЭ 3'ЪО»О» ОО о о сч со »О» $ С~ 111 оооо осйч$$ 1'! ! !! "ЭФИОП ЯЯДЦ 1111 оооо ЙЙ о Фа" а" иийиооз Иочааоа О Ф и иа " ао, ОХФОХ~ О Ф ОФФХО о ,1 о о оха и ахи 3$ и 33 33 Ф ~ай "я Й» и Ф,о О.й й и О.
О» ий» О Ф й 3- 8ор сч ОЪ» $3~3 О ооо о ЙЯЯ $Ь СЧ СО ! ори ОЪ ! ооо О ЪО ЪО со о »- со СЪ о ОЪ Т о иъ СЪ оФхчйи О. О й' й »'йа" » и О „х и Фи О ХФО 33 $ Ф и Б Ф о Ф й" Ф Многие специальные стали обладают очень высокими механиче- скими свойствами, При соответствующей термообработке эти стали могут выдержать напряжение до 120 кг/мм'. Однако трудность использования таких сталей заключается в том, что при сварке их трудно получить прочность сварного шва, равную прочности самой стали. Кроме того, после сварки баки тре- буют проведения термообработки, что при больших размерах бака осуществить довольно сложно. К тому же эти стали дороги.
При проектировании ЖРД одноразового действия надо возмож- но шире использовать малодефицитные материалы, чтобы значи- тельно снизить стоимость всей конструкции. Так как для большинства горючих не требуются баки с высо- кой коррозионной устойчивостью, то для изготовления этиках баков применяют обычно вьюокопрочные, но не устойчивые против кор- розии стали типа ЗОХГСА. При выборе материала баков для окислителя необходимо иметь в виду следующее.
Баки для агресс. зных окислителей (Н)ЧОП НзОз и др.) должны обладать высокой коррозионной стойкостью. Кроме того, материал баков для НзОз не должен содержать в себе элемен- тов, являющихся катализаторами разложения перекиси водорода (особенно меди). При баллонной подаче баки для агрессивных окислителей дела- ют из нержавеющих сталей типа 1Х18Н9Т (ЭЯ1Т). Сталь 1Х18Н9Т хорошо сваривается, т. е.
при ее сварке не образуется окалина; одна- ко эта сталь требует точного выполнения режима сварки и термо- обработки, иначе необходимые механические свойства шва не будут достигнуты, Недостаток материала типа~ 1Х18Н9Т в том, что он сравнительно дорог из-за большого содержания в нем никеля. При насосной подаче баки для Н)ЧОз можно изготовлять из алю- миниевых сплавов типа АК и АМг. Баки для агрессивных компонентов выполняют иногда также из высокопрочных металлов, не стойких против коррозии.
Внутрен- ность бака в этом случае покрывают какой-либо защитной пленкой: лаком, воском илн оксидной пленкой. Примером таких баков с по- крытием могут служить баки для перекиси водорода ракеты А-4. Материалы баков для жидкого кислорода должны обладать хо- рошей прочностью при низких температурах. Обычно кислородные баки изготовляют из алюмиаиевых сплавов типа~ АМг или из нержа- веющих сталей аустенитного класса, не теряющих ударную вязкость при низких температурах. В табл.
31 приведены характеристики металлов, применяем!ых для изготовления баков. $55. РАСЧЕТ РАЗМЕРА БАЛЛОНА И ЗАПАСА ГАЗА ПРИ БАЛЛОННОЙ ПОДАЧЕ При расчете баллонной подачи необходимо определить объем баллона и запас сжатого газа, служащего для вытеснения компонентов из баков. 4!9 В обычных системах баллонной подачи для вытеснения применяется воздух или азот. В некоторых ракетах используют гелий (система подачи ракеты «Аэроби», система подачи парогазогенератора ракеты «Нептун»). Преимущество гелия перед воздухом и азотом состоит в том, что он и1меет меньший молекулярный вес, а следовательно, при одинаковых условиях и меньший удельный вес.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
