Проектирование РДТТ (реактивный двигатель на твердом топливе)

Толщина стенки камеры сгорания определяется из условия прочности материала камеры на разрыв от внутреннего давления. Расчетная формула:

= = = 0,0011

Наружный диаметр камеры сгорания () в первом приближении может быть определен по формуле:

= =

= = 0,357

где — внутренний диаметр камеры;

— предел прочности материала камеры на растяжение;

— максимально возможное давление в камере (принимается равным рабочему давлению = = 2 338 766,0).

В условиях, когда двигатель работает более 3 секунд, необходимо учитывать температурные воздействия на корпус камеры, снижающие прочность ее стенки. Учитывается это введением коэффициента запаса прочности в выражение для расчетной величины предельного напряжения:

= = = 400 000 000

где — предел прочности материала стенки на растяжение при нормальной температуре (принимается равным = 500*106);

— коэффициент запаса прочности при нагреве стенки (принимается равным = 1,25).

1.

6.4 Определение геометрических параметров сопла.

Площадь критического сечения сопла определяется по формуле:

= = = 0,002

где — секундный массовый расход газов;

— коэффициент сужения сопла за счет сжатия струи (принят = 0,9);

— газодинамическая функция (принята = 10);

= 270 000 — сила пороха (принята = 270 000);

— коэффициент тепловых потерь в сопле (принят = 0,9).

Отсюда диаметр критического сечения сопла внутренний:

= = = 0,050

Диаметр выходного сечения сопла определяется из соотношения:

= * = 9*0,050 = 0,450

где: — принятое отношение = = = 9.

Определение длины составных частей сопла:

Котангенс половина угла конусности входа сопла

= = 1,7321

а) длина входного конуса:

= = = 0,258

где — внутренний диаметр камеры сгорания (диаметр входного сечения сопла);

— диаметр критического сечения сопла;

— половина угла конусности входа сопла (принимается = 30).

Котангенс половина угла конусности входа сопла

= 45 = 1

б) длина выходного конуса:

= = = 0,346

где — диаметр выходного сечения сопла;

— диаметр критического сечения сопла;

— половина угла конусности выхода сопла (принимается = 45).

Длина сопла в целом определится соотношением:

= + + + = 0,258 + 0,15 + 0,03 + 0,346 = 0,784

где — длина газовой трубы — конструктивной вставки между входным конусом и критическим сечением сопла, определяемая необходимостью размещения в этом месте РД устройства управления рулями ракеты (рулевые машинки и пр.); принята = 0,15, = 0,063)

— длина критического сечения сопла (принимается равным = 0,03).

Длина аппарата в целом

= + + = 0,18 + 6,653 + 0,784 = 7,617

где = 0,18 — длина переднего конуса (носа) ракеты

1.7 Определение массы корпуса двигателя.

Масса корпуса двигателя определяется из выражения:

= *(+ + + + +) =

= 7850*(0,10 174 + 0,0082 + 0,0007 + 0,30 + 0,5 + 0,001) = 78,8

где = 7850 — плотность материала корпуса двигателя;

— объем переднего днища камеры;

— объем цилиндрической части камеры;

— объем входного конуса сопла;

— объем газовой трубы;

— объем критической части сопла;

— объем выходного конуса сопла.

Объем переднего днища камеры определится выражением:

= = = 0,10 174

где — наружный диаметр камеры;

— толщина днища камеры (принимается = 1*10−3).

Объем цилиндрической части камеры определяется выражением:

= = = 0,0082

где , — наружный и внутренний диаметры камеры;

— длина цилиндрической части камеры.

Объем входного конуса сопла определяется по формуле:

= - = 0,036 — 0,0353 = 0,0007

где — объем входного конуса, образованного внешними размерами рассматриваемой части сопла;

— объем входного конуса, образованного внутренними размерами рассматриваемой части сопла;

Объем входного конуса, образованного внешними размерами:

= =

= = 0,036

где — диаметр камеры (цилиндр) наружный;

= + 2* = 0,050 + 2*1*10−3 = 0,052 — диаметр критического сечения наружный;

— длина входного конуса сопловой части.

Объем входного конуса, образованного внутренними размерами:

= =

= = 0,0353

где — диаметр камеры (цилиндр) внутренний;

— диаметр критического сечения внутренний;

— длина входного конуса сопловой части.

Объем выходного конуса сопла определяется по формуле:

= - = 0,075 — 0,074 = 0,001

где — объем выходного конуса, образованного внешними размерами;

— объем выходного конуса, образованного внутренними размерами.

Объем выходного конуса, образованного внешними размерами:

= =

= = 0,075

где — диаметр выходного конуса сопла наружный;

— диаметр критического сечения наружный;

— длина выходного конуса сопловой части.

Объем выходного конуса, образованного внутренними размерами:

= =

= = 0,074

где = - 2* = 0,450 — 2*1*10−3 = 0,448 — диаметр выходного конуса внутренний;

— диаметр критического сечения внутренний;

— длина выходного конуса сопловой части.

Объем газовой трубы определяется выражением:

= = = 0,30

где = + 2* = 0,063 + 2*1*10−3 = 0,065, = 0,063 — наружный и внутренний диаметры газовой трубы, соответственно;

— длина газовой трубы.

Объем критического сечения сопла определяется выражением:

= = = 0,5

где , — наружный и внутренний диаметры критического сечения сопла, соответственно;

— длина критического сечения сопла.

1.8 Определение параметров воспламенителя.

Внешний энергетический импульс для зажигания топливного заряда обеспечивается электрическим зажигательным устройством, которое состоит из свечи и пиропатрона. Искра свечи зажигает пиропатрон, который, в свою очередь, дает форс пламени для зажигания заряда (пороховой навески) воспламенителя.

В качестве заряда типового воспламенителя РДТТ используется дымный охотничий порох, дающий при горении много раскаленных твердых частиц, способствующих воспламенению топливного заряда.

Основным параметром воспламенителя является масса заряда воспламенителя (пороховой навески).

Масса заряда воспламенителя определяется по эмпирической формуле (формуле Шапиро):

= = = 9,3

где — требуемое количество тепла на единицу площади топливного заряда для его возгорания (принимается = 5);

— начальная площадь горения основного заряда;

— калорийность пороха воспламенителя (принимаем = 1,29).

1.9 Определение массы снаряженного РДТТ.

Масса РДТТ в целом определится как сумма масс его составных частей:

= + + = 78,8 + 1073,13 + 9,3 = + + = 1161,2

1.10 Оценка совершенства спроектированного РДТТ.

Совершенство РДТТ оценивается по 2-м показателям:

а) как соотношение массы корпуса двигателя () и массы топливного заряда ():

= = = 0,073

б) как коэффициент полезного действия РДТТ:

= = = 0,125

где — скорость ракеты, обеспечиваемая РДТТ;

— удельный импульс РДТТ.

1.11 Представление результатов расчета.

В результате расчета конструктивных параметров РДТТ получены следующие результаты (см. табл.):

Элементы РДТТ Параметры Условное обозначение Единица измерения Значение параметра Ракета

Дальность хода (до цели) 200 Скорость хода 22,86 Двигатель в целом Тяга 33 527,0 Суммарный импульс 393 942,25 Удельный импульс 367,1 Секундный массовый расход 91,33 Время работы 11,75 Масса в полном снаряжении 1161,2 Камера сгорания Марка материала — Ст3 Наружный диаметр 0,3578

Длина 6,653 Толщина стенки 1*10−3 Сопло Длина входного конуса 0,258 Длина газовой трубы 0,15 Длина критического сечения 0,03 Длина выходного конуса 0,346 Диаметр газовой трубы 0,063 Диаметр критического сечения 0,050 Диаметр выходного сечения 0,450 Корпус в целом Длина 7,617 Масса 78,8 Топливный заряд Марка топлива — - НМФ-2 Форма заряда трубчатая Масса 1073,13 Воспла;

менитель Марка пороха навески — - дымный охотничий порох Масса навески 9,3 Совершенство двигателя — 0,073 0,125

Рис. 1.

11.1 Эскиз РДТТ

Выводы.

В результате расчетов получены параметры РДТТ, отвечающие требованиям Задания на курсовое проектирование.

Заключение

.

В результате курсового проектирования получены:

— конструктивные параметры РДТТ, отвечающие требованиям Задания;

Задание на курсовое проектирование выполнено полностью.

Дьяконов Ю. П. Курсовой проект (методическая разработка), СПб ГМТУ, 2010

Дьяконов Ю. П. Проектирование РДТТ (сборник лекций), СПб ГМТУ, 2010.

0561. ДР. 13 105. ПЗ Зм. Лист № документа Підпис Дата Виконав Павловська В. В. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА Літер Аркуш Аркушів Перевірив Мишелова Н. В. 7

Лист 28 Изм. Лист № документа Подпись Дата

Лист 7 Изм. Лист № документа Подпись Дата