Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД)
Страница 3
Задание.
Однокамерный ЖРД
Начальная масса m0 = 13 000 кг
Конечная масса m1= 1 300 кг
Тяговооруженность b0 = 1,1
Давление в КС poc = 8,8 МПа
Геометрическая степень расширения сопла 
= 600
= 
Топливо:
О2+ ……. Стабильное горючее (НДМГ).
3. Расчет размеров камеры и действительных параметров двигателя.
Расчет геометрии камеры ЖРД
ТОПЛИВО: О2ж+ НДМГ
Тяга камеры 140.000 кН
Давление на входе в сопло 8.80000 МПа
Удельный импульс 3518.0514 м/с
Расходный комплекс 1729.9965 м/с
Массовые расходы:
окислителя 25.739801 кг/с
горючего 14.291759 кг/с
Параметры камеры сгорания:
а) Общие:
Коэффициент камеры сгорания 0.9800000
Относительная расходонапряженность 1.0000000 с/м
Время пребывания 0.002000 с
Относительная площадь поперечного сечения 5.7803584
Радиус 0.1273693 м
Длина 0.2004792 м
Объем 0.0049648 м3
Радиус скругления R1 0.1018954 м
Радиус скругления R2 0.0794655 м
б) В ядре потока:
Коэффициент избытка окислителя 0.9500000
Идеальный удельный импульс 3678.0345 м/с
Идеальный расходный комплекс 1772.2600 м/с
Идеальная температура 3863.0800 К
Молекулярная масса 25.337700 г/моль
Массовые расходы:
окислителя 23.841951 кг/с
горючего 11.752583 кг/с
в) В пристеночном слое:
Коэффициент избытка окислителя 0.15000000
Относительная доля горючего 0.2000000
Идеальный удельный импульс 2782.8400 м/с
Идеальный расходный комплекс 1400.1200 м/с
Массовые расходы:
окислителя 1.6978500 кг/с
горючего 2.8391759 кг/с
Параметры сопла:
- Коэффициент сопла 0.9800000
- Показатель изоэнтропы расширения на срезе 1.1230300
- Геометрическая степень расширения 48.611800
Радиус скругления R3 0.0264885 м
Радиус минимального сечения 0.0529770 м
Половина угла раствора конического участка
сужающейся части сопла 7.0000000 рад
Коэффициенты потерь удельного импульса на
трение 0.0198067
рассеяние 0.0082720
Таблица 1
Координаты точек сопряжения контура сужающейся части сопла
-----------------------------
Точка¦ X [мм] ¦ Y [мм] ¦
----+------------+------------+
A ¦ 232.178 ¦ 127.369 ¦
B ¦ 299.122 ¦ 102.293 ¦
C ¦ 333.271 ¦ 72.533 ¦
D ¦ 385.479 ¦ 52.977 ¦
Таблица 2
Координаты контура расширяющейся части сопла
-------------------------------------------+
NN ¦ X [мм] ¦ Y [мм] ¦ Бета [рад] ¦
----+------------+------------+------------¦
1 ¦ 385.479 ¦ 52.977 ¦ 0.000000 ¦
2 ¦ 400.803 ¦ 57.860 ¦ 0.616910 ¦
3 ¦ 450.446 ¦ 90.763 ¦ 0.555199 ¦
4 ¦ 500.089 ¦ 119.762 ¦ 0.503345 ¦
5 ¦ 549.731 ¦ 145.652 ¦ 0.459031 ¦
6 ¦ 599.374 ¦ 168.990 ¦ 0.420636 ¦
7 ¦ 649.017 ¦ 190.183 ¦ 0.386983 ¦
8 ¦ 698.659 ¦ 209.542 ¦ 0.357195 ¦
9 ¦ 748.302 ¦ 227.308 ¦ 0.330604 ¦
10 ¦ 797.945 ¦ 243.674 ¦ 0.306690 ¦
11 ¦ 847.587 ¦ 258.797 ¦ 0.285045 ¦
12 ¦ 897.230 ¦ 272.807 ¦ 0.265340 ¦
13 ¦ 946.873 ¦ 285.811 ¦ 0.247308 ¦
14 ¦ 996.515 ¦ 297.902 ¦ 0.230731 ¦
15 ¦ 1046.158 ¦ 309.159 ¦ 0.215427 ¦
16 ¦ 1095.800 ¦ 319.649 ¦ 0.201247 ¦
17 ¦ 1145.443 ¦ 329.432 ¦ 0.188061 ¦
18 ¦ 1195.086 ¦ 338.560 ¦ 0.175761 ¦
19 ¦ 1244.728 ¦ 347.079 ¦ 0.164255 ¦
20 ¦ 1294.371 ¦ 355.030 ¦ 0.153462 ¦
21 ¦ 1344.014 ¦ 362.448 ¦ 0.143314 ¦
22 ¦ 1393.656 ¦ 369.367 ¦ 0.133749 ¦
-------------------------------------------+
6. Расчет охлаждения камеры двигателя.
Охлаждение камеры, работающего на компонентах: жидкий кислород + НДМГ выполняется согласно пособия для курсового и дипломного проектирования ЖРД [ ].
Охлаждение осуществляется проточным горючим (НДМГ) , далее охладителем. 
.
Диаметр минимального сечения равен 106 мм, диаметр выходного сечения сопла 697 мм. Давление заторможенного потока в КС Рос=8,8 МПа. Коэф-т избытка окислителя в пристеночном слое 
ядре потока 
. Задаемся температурой охладителя на входе в тракт Твх.охл.=300 К.
Выбираем в качестве материала стенки сплав БрХ08 и задаемся распределением температуры стенки по длине камеры. Распределение по длине выбираем линейное. В сверхзуковом сопле распределение температуры задаем двумя линейными зависимостями. Значения Тст.г. равны: в минимальном сечении 680 К, на срезе сопла 450 К, В камере сгорания 580 К.
Выбираем 7 расчетных сечений по тракту. Массовый расход охладителя выбираем на первом участке; 
на остальных участках все горючее проходит через охлаждающий тракт.
Для удобства полученные значения занесены
в таблицу 6.1.
Выбор геометрии охлаждающего тракта.
На всем протяжении камеры проходят фрезеровки.
а = 1,3-3 мм., - ширина канала,
б = 0,5-2 мм., - ширина ребра,
δохл = 2-4 мм., - высота ребра,
δст =0,5-3 мм., - толщина стенки.
7. Расчет смесеобразования.
Компоненты топлива:
· Жидкий кислород;
· Подогретый НДМГ.
Смесеобразование в камере сгорания осуществляется двухкомпонентными форсунками и центробежными жидкостными форсунками горючего для охлаждения паяного шва и огневого днища. Применение двухкомпонентных форсунок обеспечивает смешение компонентов в одной фазе вблизи плоскости форсунок в КС, что приводит к более интенсивному протеканию процессов горения и уменьшению объема КС. Кроме того пропускная способность головки с двухкомпонентными форсунками существенно выше. Правда при интенсивном протекании процессов сгорания вблизи форсунок огневое днище головки и особенно узлы пайки форсунок в днищах будут работать при повышенных температурах, поэтому часто приходится организовывать вокруг каждой форсунки жидкостную завесу. Однако улучшения смесеобразования за счет двухкомпонентных форсунок дает более существенный выигрыш в повышение надежности работы всей КС.
Определение количества форсунок на головке камеры.
Расчеты проведены согласно указаниям источников [], [].
Расположение форсунок на головке - концентрическое, шаг а между центрами для двухкомпонентных форсунок может быть в пределах а = 18…50 мм: а = 24 мм. Для нормального закрепления форсунки на днище вблизи стенки камеры необходимо, чтобы между стенкой камеры и центром корпуса форсунки было расстояние, равное 5…10 мм.
Если эффективную площадь головки, занятую форсунками, поделить на площадь, занятую одной форсункой на головке, то получим количество форсунок, уместившихся на головке:
,
Эффективная площадь головки Fк.эф.=πR2к.эф.
Rк.эф = Rк-а/2 = 127 - 24/2 = 115 мм,
Rк - радиус камеры сгорания, а - шаг между форсунками.
Для концентрического расположения форсунок найдем количество окружностей, умещающихся на поверхности головки. Примем расстояние между окружностей равным шагу между форсунками, а на окружностях форсунки расположены на расстоянии шага, измеренного по хорде окружности.
Количество окружностей
;
Очевидно, на первой окружности число форсунок будет
На второй окружности число форсунок
На третьей окружности