Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 101

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

Текст из файла (страница 101)

Суммарное ноличество теплоты, отведенной от единицы массы продуктов сгорания, вычитается из теплоты образования топлива, и после повторного термодииамического расчета находятся потери иа теплоотдачу. Потери вследствие эрозии горловины сопла определяются на основе термодинамического расчета для сопел с разной степенью расширения. Для учета химической неравновесности используется программа 9, которая позиоляет учитывать более 750 различных химических реакций и химической кинетики в этих условиях. Найденные таким образом составляющие различных потерь суммируются н вычитаются из идеального удельного импульса. Полученный ожидаемый реальный удельный импульс был сопоставлен с экспериментальнымн значениями для 38 модельных, !6 натурных испытаний РДТТ и 21 холодной продувки различных сопел.

Несмотря на то, что не учтен ряд известных эффектов, таких, как рост частиц в сопле, шероховатость стенок, вдув продуктов разложения со стенок и других, теоретические и экспериментальные данные совпадают с погрешностью не более 0,6»А и среднеквадратичное отклонение не превышает 0,3»«». Рассмотренный комплекс программ демонстрирует эффективность системного подхода, основанного на использовании возможностей современных ЭВМ. Пря расчете по разрозненным программам для получения результата требуется не менее !О дней. При работе с системой программ, когда связующая программа управляет ходом расчета, обеспечивает хранение и передачу данных, запуск нужных программ, сводя к минимуму участие человека и ручную переработку. промежуточных данных, сроки получения результата сокращаются до 1 ... 2 дней, т. е.

на порядок. Для расчета удельного импульса ЖРД специально созданная в США меж« ведомственная рабочая группа (!СИРС«) отобрала и усовершенствовала методы, применяемые различными фирмамн для расчета отдельных процессов, опреде' лающих энергетические характеристики. В результате был создан комплекс программ, стандартизованы методы расчета, позволяющие учесть по отдельности н в совокупности следующие процессы: неравномерное распределение по сечению камеры соотношения компонентонн топлива; незавершенность процесса горения в результате неполного испаренимт« капель (по опытным данным); двухмерность течения в сопле, контур которого корректируется на толщину вытеснения пограничного слоя; химическую неравновесность прн расширении в сопле; трение и теплообмен.

42.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОПЕЛ РДТТ Сопло РДТТ является напряженным и отнетственным элементом,, во многом определяющим характеристики двигателя. В процессе создания твердотопливной ракеты приходится неоднократно оценивать различные конструк. 444 ции сопев, определять их массовые, моментные, габаритные, энергетические и другие показатели. При этом требуемая точность может быть получена только при детальной конструктивной проработке. Использование разного рода статистических, эмпирических зависимостей не дает удовлетворительного результата, так как необходимо учитывать слишком много переменных, а для этого бывает недостаточно данных.

Для примера охарактеризуем номплекс программ, ориентированных на проработку конструкции большого количества вариантов сопел с использованием средств диалоговой машинной графики. При постановке задачи было выдвинуто требование, чтобы система была достаточно простой в работе и доступной неспециалисту и в то же время удовлетворяла повышенным требованиям инженеров-конструкторов. Решение этих противоречивых требований было получено на основе использования предварительных заготовок основных решений.

Пользо. ватель может задать сам с пульта все необходимые ему величины (их несколько сотен — геометрия, материалы, толщина и пр.). Если он для каких-то величин этого не делает, программа принимает некоторые номинальные значения. Например, если тип профиля сопла не указан, будет выбран контур с углом !5'. Если указано, что сопло профилированное, на нет более детальных указаний, будут выбраны углы входа и выхода: 23 и 13' соответственно. Этот принцип аналогичен принципу умолчания в современных языках программирования — на место не заданных пользователем условий автоматически предстанляются некоторые номинальные, которые предполагаются наиболее употребимыми. Конструктор, работающий с системой, может ввести целиком конструкцию сопла, если ему нужно точно рассчитывать массу, центр тяжести, момент инерции, эрозию, обугливание, прогрев и т.

д. Эта конструкция может использоваться также в качестве первого приближения для дальнейшего параметрического исследования ее «чувствительности» к изменениям отдельных переменных. Предусмотрены следующие возможности при выборе конструкции сопла. Тип сопла — утопленное илн внешнее. Системы управления вектором тяги— подвижные сопла (три типа) и при помощи систем впрыска, вдува, использования щитков. Подвижные сопла, в свою очередь, делятся по расположению оси вращения, линни разъема, характеру сил между фиксированной и подвижной частями.

Системы для управления вектором тяги с помощью вдува горячих газон могут быть четырех различных типов. Форма профиля расширяющейся части сопла — конус или профнлированное сопло. Всего иа основе принятых схем конструктивных решений может быть синтезировано 100 вариантов сопел, Система программ дает возможность получить конструкцию сопла для любого из выбранных вариантов, учитывающего следующие проектные параметры: тягу двигателя, давление в камере сгорания, геометрическую степень расширения сопла, время работы, максимальное значение угла отклонения вектора тяги, состав топлива.

Кроме того, система позволяет создавать конструкцию, оптимальную в смысле различных условий, например «наименьшая стоимость при выполнении ряда особых требований», «наименьшая стоимасть без превышения удельной массы конструкций» н т. п. Программы, позволяющие рассчитывать все 100 предусмотренные комбинации, собраны в !2 модулей, которые разбиты на трн группы в соответствии с обычными тремя этапами процесса проектирования сопел: !) газодинамическое проектирование, 2) тепловое проектирование, 3) конструирование. Распределение этих основных программных модулей по трем группам показано на рис.

42.3. На этапе газодинамического проектирования профилируются входная часть, горловина и расширяющаяся часть сопла, обеспечивающие необходимые характеристики. Способы профилирования, используемые в рассматриваемой работе, принципиально не отличаются от изложенных в гл. ХХХП!.

Отметим лишь, что для расширяющейся части сопла использована аппроксимация «точных» профилей дугой окружности, выполненная заранее и позволяющая сократить машинное время ЭВМ. Тепловое проектирование состоит нз трех основных этапов: проектирования абляционного покрытия или слоев, подвергаемых эрозии; проектирования дополнительных теплоизолирующих слоев; проектирования наполнителей, обеспечивающих плавность геометрического контура. Расчет ведется начиная с внут- 445 Гагодпнпиочееное Оболпчнп наисогруваво в лоравшерасшоно Гоаадананачсснпе аросипгврвдаиие расшаряюшадся гаат Нроекшорвдаиас Госпдвипиочсгвае арасшпаоадаиа с диода а гврлвдннш ршвнлсвиаго соила Гпгадаипивчсснос ирпснпарв3аиаа двора и гарлсдоии днсшисга савла Првсншорвдаиос асив3ишя и боивлипшслгивш юенлсоголоруюшвл прсиввдан Тсплп3пе ироекшародаиас Проеашврвдаиос данадшшо д и горладоивг сопла Д 1 ГПрвсншорс давос шарвдого лариона) ~П~птпвроднине снднагс унлтивнл1 3 Првсшп Понешруарр данае 42.3.

Основные программы и последовательность проектного расчета сопла РДТТ ренних поверхностей. В характерном месте рассчитываетси ожидаемая эрозия и к ней прибавляется глубина обугливания. Для компенсации неточностей прибавляется запас. Если пользователь не задает своих величин, автоматически принимается запас в 50 % в горловине и 25% — в других местах. Толщина изолирующего материала рассчитывается из условия обеспечения приемлемой темпач ратуры на наружной поверхности. Материалы н все их характеристики пользователь может ввести в ЭВМ.

Если он этого не сделает, система использует хранящиеся в памяти наиболее типичные материалы для соответствующих элементов конструкции. Коэффициенты теплообмена и эрозии хранятся в системе для некоторых номинальных параметров (размер сопла, давление, топливо, материал) и для конкретного варианта пересчитываются, Глубина обугливания рассчитывается по специальным зависимостям. Проектирование конструкции следует за двумя указанными выше этапамн и состоит из двух основных этапов: проектирования структурных элементов конструкции — нолец и оболочек, поддерживающих вкладыши, изоляторы н напалнители, и проектирования механизма, обеспечивающего движение сопла. Для выполнения первого подэтапа были найдены 11 видов колец и б видов оболочея; достаточные, чтобы создать из иих основные конструкции сопел.

Для ввода и вывода информации используется графический дисплей, на экране которого может быть показан чертеж сопла, сводка входных данных либо 42.4. Проектирование сопла РДТТ с использованием графического дисплея 42.5. Схема сопла РДТТ с выдвижным насадком, полученная на графопостроителе выходных величин. На рис.

42.4 показан дисплей с элементом конструкцяи сопла, изображенным на экране. Конструктор, сидящий за дисплеем, может быстро оценить выбранные материалы, геометрию. Если конструкция его устраивает, он может выдать данные на перфоноснтель, с которого на графопостроителе будет нарисован чертеж сопла с обозначением изменения профиля от эрозии и глубины обугливания. На рис. 42.5 показано полученное таким образом сопло с гибким элементом.

Нередко приходится пересматривать принятые на предыдущих стадиях проектирования решении. В этом случае ранее выполненные этапы повторяются до получения удовлетворительной конструкции. 42.5. РАЗВИТИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Рассмотренные в предыдущих разделах примеры использования современной техники в проектировании ракетных двигателей представляют собой отдельные шаги в создании элементов систем автоматизированного проектирования (САПР).

Характеристики

Список файлов домашнего задания