Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Южно-Уральский Государственный Университет"

Факультет "Аэрокосмический"

Кафедра "Двигатели летательных аппаратов"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине "Проектирование жидкостных ракетных двигателей"

ЮУрГУ-1603022011607ПЗ КР

Газодинамический расчет двигателя жидкого топлива

Руководитель работы

Шелховской Р.Д

Автор работы

студент группы АК-402

Комаров И.Е.

Челябинск 2011



Техническое задание

газовый поток ракетный двигатель топливный пара

Провести газодинамический расчет для жидкостного ракетного двигателя I ступени, работающего на топливной паре бутан и жидкий кислород (б=0,8), со следующими характеристиками:

Тяга: Р=0,8·10⁶ Н;

Давление в камере: р_к=12 МПа;

Давление на срезе сопла: р_с=0,09 МПа;

Температура в камере: Т_к=3718 К;

Температура на срезе сопла: Т_с=1914 К.

газовый поток ракетный двигатель топливный пара



Аннотация

Комаров И.Е. Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине "Проектирование ЖРД" на тему "Газодинамический расчет двигателя жидкого топлива"- Челябинск: ЮУрГУ, АК, 2011, 18 с., 8 ил. Библиография литературы 3 наименования

В данной курсовой работе проведён газодинамический расчёт параметров жидкостного ракетного двигателя, работающего на горючем н-бутан (С₄Н₁₀) и окислителе жидкий кислород (О_2ж).



Оглавление

• Газодинамический расчет камеры сгорания
• Определение геометрических параметров и профиля камеры сгорания
• Определение параметров истекающего газового потока
• Компоновочный расчет головки
• Расчет форсунок
• Список литературы
• 

Газодинамический расчет камеры сгорания

Расчет термодинамических параметров камеры сгорания и среза сопла.

Найдем газовую постоянную:

где R₀=8314 Дж/(моль·К)- универсальная газовая постоянная;

Найдем удельный объем:



Тогда показатель процесса расширения:

Удельный объём в критике:

Вычислим теоретическую скорость потока в критическом сечении:

Теоретическая скорость для среза сопла:

Найдем удельное проходное сечение критики и среза сопла:



Получим теоретический удельный импульс на земле:

Теоретический удельный импульс в пустоте:

Тогда массовый секундный расход:

Найдем теоретическое значение тяги в пустоте:

Расчетное значение площади проходного сечения критики и среза сопла:



Получим значение расходного комплекса:

Определим коэффициент тяги в пустоте:

Для определения параметров реальной камеры сгорания необходимо задаться следующим рядом коэффициентов:

ц_к-учитывает потери в связи с недогоранием топлива: ц_к=0,97;

ц_б-учитывает потери на рассеивание потока, для угла полураскрытия сопла б =10?: ц_б=0,9924;

ц_w^?-учитывает все остальные потери в закритической части: ц_w^?=0,97;

ц_с^?-учитывает потери в закритической части сопла в пустоте: ц_с^?=0,96,

ц_с^?= ц_w^? •ц_б=0,97•0,9924=0,96;

ц_с⁰-учитывает потери в закритической части сопла на земле: ц_с⁰=0,956,

ц_с⁰ = (ц_с - Дц_с⁰) / (1 - Дц_с⁰)=(0,96-0,072)/(1-0,072)=0,956,

где Дц_с⁰ = · p_н / Р=0,615•0,1013•10⁶/0,8629•10⁶=0,072.

Найдем реальное значение удельного импульса в пустоте и на земле:

I_уд= ц_к ·ц_с· I_уд =0,97•0,96•3248,96=3025,43 м/с;

I_уд⁰ = ц_к• ц_с⁰ •I_уд=0,97•0,956•3014,15=2795м/с.

Определим истинное значение массового расхода:

= Р / I_уд⁰ = / (ц_к ц_с⁰) = 286,22

=· =·

Тогда действительное значение площади критического сечения и срез сопла:

F_кр = F_кр / ц_с⁰ =0,04/0,956=0,042 м²,

F_с = F_с / ц_с⁰ =0,615/0,956=0,643 м²;

Получим реальные значения диаметров критического сечения и среза сопла:

Определение геометрических параметров и профиля камеры сгорания

Расчёт докритической части канала, и построение профиля производится на основе эмпирических зависимостей (рис. 1):



Рис. 1. Докритическая часть сопла

1)Приведенная и условная длина камеры:

2)Относительная площадь камеры:

для расчета изобарической камеры примем=3,1

3)Объём камеры (от смесительной головки до критического сечения):

4)Площадь поперечного сечения камеры:

Тогда диаметр цилиндрической части:

5)Длина конфузора:

где

6)Размеры конфузора:

,



7)Построение закритической части сопла методом парабол (рис.2):

Рис. 2. Закритическая часть сопла

Относительный диаметр сопла:

Для n=1,2 при в_с = 10? находим значение и в_m [1]: ; в_m=29⁰. Отсюда находим длину закритической части сопла: l_с = ·R_кр = 8,3•0,1155=0,96 м; Тогда суммарная длина камеры: L_кс = l_ц + l_вх + l_с =0,277+0,374+0,96=1,611м; Радиус скругления в критике: r_скр = 0,45· R_кр=0,45•0,1155=0,052м.

Рис. 3. Профиль камеры сгорания и сопла Лаваля (1.10)



Определение параметров истекающего газового потока

Среднее значение газовой постоянной:

;

Удельные объёмы проходных сечений в камере и на срезе сопла:

Показатель процесса расширения:

Значения относительно текущего уширения находятся по формуле:

, где

P_i - давление в i-том сечении канала.

Задаемся значениями р_i в интервале от 1 до 0, что соответствует изменению давления от P_к до P_c и построим вспомогательный график

Рис. 4. Вспомогательный график

Параметры рассчитываются по следующим выражениям:

- давление:

- температура:

- удельный обьём:

- скорость:

Таблица 1. Параметры газового потока в камере

Хi, м	Fi, м2	~Fi	рi	Pi, МПа	Ti, К	Vi, м3	?i, м/с
0,277	0,13	3,095	0,978	11,736	3707	0,10908	239,
0,352	0,124	2,957	0,976	11,712	3706	0,10927	250
0,427	0,107	2,553	0,968	11,616	3702	0,11005	289
0,502	0,0809	1,925	0,94	11,28	3687	0,11289	398
0,577	0,0514	1,224	0,825	9,9	3623	0,1264	699
0,651	0,042	1	0,574	6,888	3452	0,1731	1173
0,843	0,1359	3,235	0,063	0,756	2571	1,17439	2439
1,035	0,2677	6,374	0,025	0,3	2272	2,616067	2738
1,227	0,406	9,671	0,015	0,18	2123	4,072788	2876
1,419	0,534	12,72	0,011	0,132	2036	5,328622	2953
1,611	0,643	15,3	0,008	0,096	1952	7,022005	3026

Рис. 5. График распределения параметров по длине сопла

Компоновочный расчет головки

Для расчета примем двухкомпонентные центробежные форсунки, расположенные по концентрическим окружностям, и однокомпонентные струйные форсунки горючего для создания пристеночного слоя.

Рис. 6. Компоновочная схема смесительной головки

Примем следующие значения диаметров форсунок и расстояний между ними: d_ф^я=23,5мм; d_ф^пр=8мм; ?₁=2мм; ?₂=2мм.

Определим шаг между форсунками:



Толщина пристеночного слоя:

Определим радиус ядра головки:

Найдем число концентрических окружностей:

Количество форсунок ядра:

Примем число форсунок пристеночного слоя равным числу форсунок в крайнем ряду ядра смесительной головки:

Расход горючего через форсунку ядра:



Расход окислителя через форсунку ядра:

Расход горючего через форсунку пристеночного слоя:

Расчет форсунок

Произведем расчет двухкомпонентной центробежной форсунки:

Форсунка окислителя

Примем угол распыла внешней форсунки 2б=100⁰ и графически получим: А= 2,2; м=0,3; ц=0,48.

Найдем площадь сечения сопла форсунки при

Тогда диаметр сопла форсунки:



Диаметр закрутки:

Диаметр входного отверстия в форсунку:

где i - число входных отверстий, i=6.

Найдём скорость компонента на входе в форсунку:

Определим число Рейнольдца на входе:

где, - кинематическая вязкость, =1,5·10^-6м/с;

Вычислим:

Тогда А_экв:



Определим погрешность:

Погрешность не превышает 3%, следовательно, данную центробежную форсунку можно считать идеальной.

Найдем диаметр камеры закрутки:

Примем , тогда:

Найдем диаметр вихря:

Форсунка горючего

Примем угол распыла внутренней форсунки 2б=105⁰ и графически получим: А= 2,6; м=0,28; ц=0,45. Найдем площадь сечения сопла форсунки при



Тогда диаметр сопла форсунки:

Диаметр закрутки:

Диаметр входного отверстия в форсунку:

где i - число входных отверстий, i=4.

Найдём скорость компонента на входе в форсунку:

Определим число Рейнольдца на входе:



где, - кинематическая вязкость, =3,045·10^-7м/с;

Вычислим:

Тогда А_экв:

Определим погрешность:

Погрешность не превышает 3%, следовательно, данную центробежную форсунку можно считать идеальной.

Найдем диаметр камеры закрутки:

Найдем диаметр вихря:



Примем , тогда:

При d_o^в=6,91 выполняется условие d_o^в>d^г_фя, следовательно форсунки совместимы и работоспособны.

Рис. 7. Двухкомпонентная центробежная форсунка ядра

Расчет струйной форсунки горючего пристеночного слоя:

Найдем площадь истечения:

где ,

Тогда внутренний диаметр форсунки:



Рис. 8. Струйная форсунка пристеночного слоя



Список литературы

1. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. - М.: Машиностроение, Москва, 1968. - 398 с

2. Махин В.А. Жидкостные ракетные двигатели. М., Изд. Дома техники, 1961.

3. Сарнер С. Химия ракетных топлив. Под ред. Ильинского В.А. Издательство "МИР", Москва, 1969.

Размещено на Allbest.ru