Омский государственный технический университет

Кафедра «Авиа- и ракетостроение»

Специальность 160302 – Ракетные двигатели

Курсовая работа

по дисциплине «Теория, расчет и проектирование РД»

Проектирование твердотопливного ракетного двигателя первой ступени двухступенчатой баллистической ракеты

Омск, 2006

Аннотация

В данном курсовом проекте разработана двигательная установка одноступенчатой баллистической ракеты дальнего действия с основными параметрами:

- Дальность полета = 5500 км;

- Масса ступени = 34291 кг;

- Масса ГЧ = 1900 кг;

- Тяга ступени = 710 кН;

- Время работы ДУ = 137 c;

- Диаметр ракеты = 1.9 м;

- Длина ракеты = 15.32 м;

- Топливо О2ж+ НДМГ.

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части.

В данной пояснительной записке приведены проектировочные, тепловые, газодинамические, массовые и оценочные расчеты.

Записка состоит из 59 листов, содержит 26 рисунков и 7 таблиц. Также к записке прилагается задание на курсовой проект. Библиографический список содержит 14 публикаций.

Графическая часть выполнена на трех листах формата А1.

Содержание

Введение

Выбор основных параметров двигательной установки

Выбор прототипа

Выбор количества камер сгорания

Выбор схемы ракетного двигателя и системы подачи топлива

Управление вектором тяги

Схема крепления двигательной установки на ракете

Размещение турбонасосного агрегата на двигательной установке

Регулирование тяги двигательной установки по величине

Характеристика топлива Выбор давления в камере сгорания и на срезе сопла

Системы зажигания жидкостных ракетных двигателей

Компоновочная схема ракеты в первом приближении

1. Тепловой расчет Описание конструкции КС по прототипу двигателя РД – 119

2. Определение потребного объема КС

3. Расчет продольных размеров КС двигателя

4. Профилирование сопла

4.1 Профилирование входа в сопло с прямолинейным участком

4.2 Профилирование параболического сопла графическим методом

5. Описание конструкции насоса окислителя по прототипу насоса двигателя РД

6. Расчет центробежного насоса ЖРД

6.1 Основные параметры насоса

6.2 Размеры и параметры входа на колесо

6.3 Размеры и параметры выхода из колеса

6.4 Расчет центробежного насоса на кавитацию

6.5 Профилирование элементов конструкции насоса

6.5.1 Профилирование колеса в меридиональном сечении

6.5.2 Профилирование лопаток колеса

6.5.3 Профилирование подвода насоса

6.5.4 Профилирование отвода насоса

7. Расчет импеллерного уплотнения вала

8. Описание конструкции турбины по прототипу турбины двигателя РД – 219

9. Расчет турбины ЖРД

9.1 Определение потребного расхода газа через турбину

Заключение

Список используемой литературы

Приложение 1. Расчет траектории управляемой БР

Приложение 2. Расчет коэффициента избытка окислителя.

Введение

Толчком к развитию ракетной техники явилось открытие дымных порохов, состоящих из калийной селитры, серы и угля.

Массовое применение РДТТ в военной технике началось несколько ранее, чем применение ДУ на жидком топливе. И в настоящее время в военной технике главенствующее место занимают РДТТ, а в космической технике РДТТ успешно конкурируют с ЖРД. Такая тенденция обусловлена рядом факторов, присущих твердотопливным ДУ.

Безусловно, одним из главных достоинств РДТТ следует считать относительную простоту устройства. Действительно, ведь самые первые РДТТ имели примитивную конструкцию, легко реализуемую даже на технологическом уровне средневековья.

Сравнение с ЖРД позволяет отметить такие преимущества конструкции РДТТ:

1. высокая надежность, т.к. из-за отсутствия топливных баков, системы подачи;

2. незначительное время для подготовки ракеты к пуску из-за отсутствия заправки;

3. высокая компактность ДУ и меньшие габариты;

4. отсутствуют узлы транспортировки компонентов топлива из баков в камеру сгорания (трубопроводы, пневмо- и гидроклапаны);

5. отсутствуют элементы для принудительной подачи топлива в камеру (элементы вытеснительной системы, турбонасосные агрегаты, форсунки и т.д.);

6. невелико (а в ряде конструкций и вовсе отсутствует) число подвижных узлов;

7. нетоксичность твердого топлива в эксплуатации.

Относительная простота устройства РДТТ влечет за собой и облегчение вопросов, связанных с эксплуатацией ракет и пусковых установок, в которых используется РДТТ. Действительно, в связи с небольшим числом узлов в РДТТ требуется небольшой объем трудозатрат на проведение регламентных работ по проверке работоспособностей двигателей в период хранения и при подготовке к старту.

Особенно привлекательной для военной техники является высокая готовность оружия с РДТТ к использованию.

Важным качеством работы РДТТ является их высокая надежность. По отдельным статистическим сведениям после истечения гарантийного срока хранения ДУ вероятность их безотказного срабатывания составляет более 98%. В гарантийный период работа РДТТ выше 99%.

Среди других факторов, в которых проявляются преимущества РДТТ по сравнению с ДУ на жидком топливе, необходимо отметить следующие:

· в большинстве случаев при решении одной и той же тактической или стратегической задачи стоимость ракетного комплекса с РДТТ существенно ниже стоимости комплекса с ЖРД;

· массовые характеристики современных РДТТ, в том числе и коэффициент их массового совершенства, превосходят аналогичные показатели для ЖРД.

Однако достоинств РДТТ недостаточно для того, чтобы сделать эти ДУ единственно приемлемыми и самыми рациональными как в народном хозяйстве, так и в военной технике. Как и любой технический объект, РДТТ имеют определенные недостатки, что заставляет одновременно развивать ДУ и других классов. Следует отметить следующие недостатки РДТТ:

1. относительно невысокие значения удельного импульса ДУ на твердом топливе;

2. сложность регулирования тяги РДТТ по величине и по направлению;

3. трудность повторного запуска РДТТ;

4. технологические трудности изготовления топливных зарядов больших масс и габаритов;

5. высокая чувствительность заряда к дефектам, таким как: пустоты и трещины заряда, а также чувствительность заряда к температуре и влажности окружающей среды;

6. отдельные эксплуатационные трудности;

7. отдельные конструктивные трудности.

Подводя итог, можно, тем не менее, отметить, что достоинства РДТТ обусловили их широкое внедрение в практику. Развитие твердотопливной техники будет продолжаться и в дальнейшем, что обусловлено рядом положительных качеств с РДТТ по сравнению с ракетами с ЖРД.

Классификация РДТТ

Ракетные двигатели на твердом топливе могут резко отличаться друг от друга:

· по назначению

· по числу камер сгорания;

· по способу управления величиной и направлением вектора тяги

1) управляемые;

2) неуправляемые;

· по форме КС;

· по способу крепления заряда к камере;

· по типу сопла;

· по числу запусков

1) однократного действия;

2) многократного действия.

По назначению РДТТ можно разделить на следующие классы:

1. РДТТ ракет, предназначенных для доставки полезного груза с одного места поверхности земного шара в другое, подразделяющиеся в зависимости от дальности действия на следующие группы:

· РДТТ ракет ближнего действия;

· РДТТ тактических ракет;

· РДТТ управляемых и неуправляемых противотанковых ракет;

· РДТТ ракет средней дальности;

· РДТТ ракет дальнего действия, к которым относятся РДТТ межконтинентальных ракет;

· Разгонные и маршевые РДТТ для крылатых ракет.

2. РДТТ ракет, предназначенных для доставки полезного груза с поверхности земного шара в околоземное пространство, подразделяющиеся в зависимости от непосредственного назначения на следующие группы:

· РДТТ зенитных ракет;

· РДТТ антиракет.

3. РДТТ ракет, устанавливаемых на летательных аппаратах и предназначенных для поражения воздушных целей; )