Московский Государственный Технический Университет имени .
Факультет: Энергетического машиностроения
Кафедра: Э1
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ НА ТЕМУ:
Автоматика и регулирование РДТТ
Студент (), Группа Э1-112
(фамилия, инициалы) (индекс)
Руководитель проекта ()
(фамилия, инициалы)
2010 г.
Содержание:
Задание на курсовое проектирование. 3
Расчёт сменных сопловых вкладышей. 4
Определение параметров сменных вкладышей. 4
Определение давления в камере сгорания и тяги двигателя. 7
Расчёт центрального тела. 10
Определение площади критического сечения и тяги двигателя. 10
Определение перемещений центрального тела. 12
Конструкция центрального тела. 17
Использованная литература. 19
Задание на курсовое проектирование
Вариант №10.
Для РДТТ, стартующих в диапазоне температур окружающей среды 
и имеющего номинальные параметры 
, 
кН, 
МПа:
1. Определить количество сменных вкладышей (если их будет более 4, нужно изменить величину разброса 
) и вычислить 
каждого вкладыша для определенного диапазона окружающей среды при настройке на Р=const;
2. Построить в натуральную величину профиль обечайки (по известным размерам центрального тела) и положение центрального тела в момент запуска двигателя при 
. Определить зависимость перемещение центрального тела от температуры и разброс тяги при 
принимая 
при 
.
3. Параметры топлива:
· Плотность топлива 
;
· Удельный импульс топлива 
;
· Температура ПС в КС 
= 2820 
;
· Молекулярная масса ПС 
= 26,3 
;
· Показатель процесса расширения 
= 1,22;
· Единичная скорость горения топлива 
= 
;
· Показатель степени в законе горения топлива 
= 0,5;
· Физико-химическая константа топлива B= 700;
· Физико-химическая константа топлива m= 0,00017;
4. Спроектировать сопло с центральным телом.
Расчёт сменных сопловых вкладышей
Основные допущения используемые в расчетах:
· Заряд находится в тепловом равновесии с окружающей средой;
· Температурное поля заряда равномерно;
· Сопло двигателя работает на расчётном режиме.
Определение параметров сменных вкладышей
Газовая постоянная продуктов сгорания (далее ПС):
.
Постоянная топлива:
.
Единичная скорость горения топлива в пересчёте на минимальную температуру эксплуатации заряда (
= 223 К):
;
Комплекс 
приведённый к минимальной температуре эксплуатации:
;
Принимаем коэффициент сопла:
;
Коэффициент тепловых потерь:
;
Комплекс 
, зависящий от рода газа:
;
Площадь горения заряда:
;
Определяем минимальную и максимальную площадь критики при минимальной температуре, соответствующие максимальной и минимальной тяге:
;
;
Получим выражения Fкр=f(T), соответствующие максимальному и минимальному давлениям в камере сгорания:
Графики данных зависимостей представлены на рис 1:
|
Рис. 1. Зависимость площади критического сечения от температуры окружающей среды
Принимаем за площадь критического сечения первого вкладыша Fвкл1=
, данный вкладыш обеспечит заданное давление до температуры Т1:
Диаметр критического сечения первого вкладыша равен:
Принимаем величину температурного перекрытия вкладышей равную 5 К, тогда температура Т2, начала работы второго вкладыша будет равна:
Т2нач=Т1кон-5=263,315-5=258.315 K
Площадь критического сечения второго вкладыша определяется по формуле:
Второй вкладыш обеспечит заданное давление до температуры Т3:
Диаметр критического сечения второго вкладыша равен:
Температура начала работы третьего вкладыша равна:
Т3нач=Т2кон-5=298,634-5=293,634 К
Площадь критического сечения третьего вкладыша определяется по формуле:
Третий вкладыш обеспечит заданное давление до температуры Т5:
Диаметр критического сечения третьего вкладыша равен:
Определение давления в камере сгорания и тяги двигателя
Найдем зависимость изменения давления в камере сгорания двигателя при использовании сменных вкладышей от температуры окружающей среды. Для i-го вкладыша:
№ вкладыша |
|
|
|
|
|
|
1 | 223 | 263,315 | 3,669 | 68,4 | 5,708 | 6,449 |
2 | 258,315 | 298,631 | 4,044 | 71,8 | 5,23 | 5,909 |
3 | 293,631 | 323 | 4,456 | 75,3 | 4,792 | 5,414 |
|
Рис. 2. Расчет площадей критического сечения вкладышей
|
Рис. 3. Зависимость давления в камере сгорания от температуры окружающей среды
Изменения тяги в КС в зависимости от температуры окружающей среды при использовании сменных вкладышей:
№ вкладыша |
|
|
1 | 28000 | 32000 |
2 | 28000 | 32000 |
3 | 28000 | 32000 |
|
Рис. 4. Зависимость изменения тяги от температуры окружающей среды
Расчёт центрального тела
Для проведения предстартовой настройки РДТТ при использовании перемещающегося в сопле центрального тела определим зависимость между температурой окружающей среды и перемещением 
центрального тела.
Определение площади критического сечения и тяги двигателя
Площадь критического сечения сопла зависит от температуры следующим образом (для номинального значения тяги P=30000 Н):
Изменение площади критического сечения при регулировании на постоянство тяги:
|
Рис. 5. Изменение площади критики при регулировании на Р=const центральным телом
Изменение площади критического сечения при регулировании на постоянство тяги:
|
Рис. 6. Изменение давления в КС при регулировании на Р=const центральным телом
Определение перемещений центрального тела
Для упрощения расчетов примем некоторые допущения:
- Сверхзвуковая часть сопла – коническая, угол полураскрытия равен 15˚;
- Область максимального сечения центрального тела и область минимального сечения обечайки имеют нулевую протяженность в осевом направлении.
Максимальный диаметр центрального тела по рекомендациям к выполнению курсового проекта:
;
Диаметр критического сечения сопла с учётом центрального тела в положении для минимальной температуры эксплуатации (
):
;
Значение радиуса обечайки:
Длину отрезка 
:
При перемещении центрального тела для образования критического сечения будут характерны два случая.
Первый случай:
В данном случае критического сечение образуется вдоль отрезка DE, длина которого зависит от перемещения центрального тела, при этом, отрезок DE при перемещении центрального тела поворачивается вокруг точки D.
Изменение длины отрезка 
, как функция от перемещения центрального тела 
:
Изменение площади критического сечения сопла, как функция от перемещения центрального тела:
Второй случай:
В данном случае критического сечение образуется вдоль отрезка DE, перпендикулярного образующей сопла.
Изменение длины отрезка 
, как функция от перемещения центрального тела 
:
Длина отрезка 
:
Изменение площади критического сечения сопла, как функция от перемещения центрального тела:
Граничное значение перемещения центрального тела:
Граничное значение температуры:
При из уравнения:
,
Находим
Перемещение центрального тела от температуры:
|
Рис. 7. Зависимость перемещения центрального тела от температуры окружающей среды
Значение основных параметров при регулировании с использованием центрального тела:
Т, К | Fкр_тело(Т)/10-3, м2 | рк(Т), МПа | х(Т)/10-3, м |
223 | 3,456 | 6,4 | 0 |
293 | 4,202 | 5,381 | 9,72 |
323 | 4,563 | 4,996 | 13,898 |
Конструкция центрального тела
Начальное положение центрального тела соответствует минимальной площади критического сечения, а значит и минимальной температуре эксплуатации 223К. Перемещение центрального тела происходит путём его вращения относительно вала с помощью специального ключа.
При перемещении вала вправо (см. приведённую схему) будет происходить увеличение площади критического сечения.
Величину перемещения центрального тела для данной температуры возможно контролировать одним из способов:
o Заранее рассчитанный и нанесённый в виде спирали график перемещения тела от температуры;
o Аналогично первому варианту, но дискретные значения перемещений в виде рисок на вале;
o Оптико-механические системы измерения перемещений.
Фиксация центрального тела 4 производится с помощью специальной гайки 5.
Особенностью конструкции является использование профилированной (соответствие основному участку центрального тела) крышки 6, закрывающей узел регулирования центрального Фиксация центрального тела производится с помощью специального винта 7.
Конструкция центрального тела представлена на рисунке 8.
Рис. 8. Конструкция центрального тела
1 – неподвижный вал; 2 – крепление неподвижного вала; 3 – медная прокладка; 4 –сопло; 5 – центральное тело; 6 – профилированная крышка; 7 – винт.
Список литературы
1. Виницкий двигатели на твердом топливе, М. Маш. 1973г
2. , , Мазинг и динамика ракетных двигательных установок ч.1 М. Маш. 1978г
3. Андреев лекций по курсу «Динамика и регулирование РДТТ».
4. Ягодников лекций по курсу «Расчет, проектирование и конструкция РДТТ».
