Автоматика и регулирование ракетных двигателей на твердом топливе

Расчёт сменных сопловых вкладышей. Зависимость давления в камере сгорания от температуры окружающей среды. Расчёт центрального тела. Определение площади критического сечения и тяги двигателя. Виды оптико-механических систем измерения перемещений.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Задание на курсовое проектирование

Для РДТТ, стартующих в диапазоне температур окружающей среды и имеющего номинальные параметры , кН, МПа:

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;

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 .

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;

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

двигатель сечение сопловый вкладыш

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:

Рис. 7

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:

Рис. 8



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. 9 - 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