Построение газодинамического тракта

Определение действительных значений расхода топлива и геометрии сопла

Импульсные коэффициенты:

, .

Расходный комплекс, удельные площади критического и выходного сечений сопла, удельный пустотный импульс, пустотная тяга и расход топлива из распечатки:

Тогда действительные значения удельного пустотного импульса, расходного комплекса, площадей критического и выходного сечений сопла, действительный расход топлива:

Нахождение объема камеры сгорания и её длины

Объем камеры сгорания двигателя найдем по приведённой длине:

Принимаем .

Для нахождения длины камеры сгорания и диаметра камеры сгорания , используем соотношение:

Примем

Выразим объем камеры сгорания через её диаметр

откуда

Построение контура оптимального сопла

Радиус критического сечения:

Радиус скругления входной части на участке до критического сечения:

Радиус скругления образующей на входе в закритическую часть:

Типичные для сопел ЖРД значения угла наклона контура сопла на срезе лежат в диапазоне ([1], стр. 40). Примем .

Радиус среза сопла:

Отношение радиусов будет:

Для дальнейшего построения найдем угол наклона контура в точке касания к образующей на входе в закритическую часть и величину безразмерной длины сопла (см. рис. 1).

. Тогда

Рис. 1

Рис. 2

Разработка пневмогидросхемы двигательной установки

Основные элементы ПГС

Жидкостной ракетный двигатель состоит из камеры, ТНА, ГГ, агрегатов автоматики, устройств для создания управляющих усилий, рам, различных трубопроводов, вспомогательных устройств и агрегатов. В свою очередь, камера ЖРД состоит из камеры сгорания и сопла. Систему подачи компонентов топлива можно разделить на 3 основные части:

· агрегат для создания давления подачи компонентов;

· система агрегатов и трубопроводов, обеспечивающих запуск, остановку и работу двигателя;

· топливные баки.

Система подачи компонентов

Главным элементом системы подачи является ТНА, с помощью которого создается необходимое давление подачи компонентов и обеспечивается заданный расход. Мы разрабатываем двигательную установку, работающую по открытой схеме (без дожигания отработанного в турбине рабочего тела).

Турбонасосная система является системой с ЖГГ - рабочее тело образуется в результате сгорания горючего и окислителя. Используется ЖГГ восстановительного типа.

Исходя из задания, ДУ выполнена по открытой схеме, т.е. без дожигания отработанного в турбине рабочего тела. Для выработки рабочего тела для ТНА будет использоваться ЖГГ восстановительного типа α < 1.

Система управления и регулирования

По задачам, стоящим перед системой управления, можно выделить две группы:

· запуск и остановка ДУ;

· поддержание заданного режима работы камеры двигателя и ДУ, а также переход с одного режима на другой.

Запуск (раскрутка ТНА) осуществляется при помощи ПАДа-пускового устройства.

Схема поддержания заданного режима работы, регулирование тяги осуществляется путем изменения давления в КС за счет изменения массового расхода компонентов топлива в КС.

 

Рис. 3. Пневмогидросхема открытого типа

1 – камера ЖРД; 2 – датчик давления в камере сгорания; 3 – главный пироклапан окислителя; 4 – счетно-решающий прибор системы РКС; 5 – исполнительный дроссель системы РКС; 6 – восстановительный ЖГГ; 7 – пусковой стартер; 8 – исполнительный дроссель системы СОБ; 9 – пиромембраны; 10 – заправочно-сливное устройство; 11 – измеритель уровня; 12 – дренажно-предохранительный клапан; 13 – счётно-решающий прибор СОБ 14 – шар-баллон с сухим азотом; 15 – комплекс: фильтр, редуктор давления, обратный клапан; 16 – торовый баллон с жидким азотом; 17 – теплообменник; 18 – обратные сопла с эксцентриситетом на оси; 19 – клапан горючего; 20 – стабилизатор ЖГГ; 21 – насос окислителя; 22 – насос горючего; 23 – турбина; 24 – бак окислителя; 25 – бак горючего.

Расчет форсуночной головки

Масштаб 1:5

Рис. 4. Форсуночная головка

Выбираем тип форсунок горючего и окислителя – центробежные в ядре и струйные в пристеночном слое. В пристеночном слое только форсунки горючего.

Действительный расход топлива

Перепад давления

Примем

Действительное соотношение компонентов

Число форсунок горючего в ядре

Число форсунок окислителя

Число форсунок горючего в пристеночном слое

Задаемся углом распыливания для всех форсунок

По графику рис. 5 определяем геометрическую характеристику А и коэффициент расхода μ, учитывающий сужение струи и уменьшение действительной скорости течения по сравнению с теоретической.

Рис. 5

А = 1, μ = 0,44.

Расход горючего:

Расход окислителя:

Расход горючего через форсунки пристеночного слоя:

Расход горючего через форсунки ядра: