Автоматика и регулирование ракетных двигателей на твердом топливе

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:

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:

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:

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:

Заранее рассчитанный и нанесённый в виде спирали график перемещения тела от температуры;

Аналогично первому варианту, но дискретные значения перемещений в виде рисок на вале;

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 тела 5. Фиксация центрального тела производится с помощью специального винта 7.

Конструкция центрального тела представлена на рисунке 10.

Рис. 10 - 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 А.М. Ракетные двигатели на твердом топливе, М. Маш. 1973 г.

2. Волков Е.Б., Сырцин Т.А., Мазинг Г.Ю. Статика и динамика ракетных двигательных установок ч.1 М.Маш. 1978 г.

3. Андреев Е.А. Конспект лекций по курсу «Динамика и регулирование РДТТ».

4. Ягодников Д.А. Конспект лекций по курсу «Расчет, проектирование и конструкция РДТТ».

Размещено на Allbest.ru