Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты (стр. 3 из 11)

Принимаем

;

- достартовый объём горючего;

;

- объём горючего при работе двигателя на самотёке.

Принимаем

.

-

объём горючего, расходуемого от момента включения в работу ТНА до выхода двигателя на расчётный режим.

Принимаем

.

- коэффициент объёма воздушной подушки.

принимаем

.

Полный объём бака окислителя:

По аналогии с расчётом объёма бака горючего рассчитываем объём бака окислителя.

,

где

;

;

;

;

;

Принимаем

.

Расчёт продольных размеров баков

Определяем радиус сферы верхнего и нижнего днищ баков (рис.5.):

,

где

.

Высота верхнего и нижнего днищ баков:

.

Объём сферического сегмента днищ:

.

Размеры бака горючего.

Высота цилиндрической части бака горючего:

.

Полная высота бака горючего:

.

Объём заправляемого горючего:

.

Объём воздушной подушки:

.

Высоту воздушной подушки от зеркала жидкости до полюса верхнего днища бака найдём из выражения:

.

Получаем

.

Рис.5. Расчётная схема топливного бака

Высота уровня жидкости в баке:

.

Размеры бака окислителя.

По аналогии с расчётом размеров бака горючего рассчитываем размеры бака окислителя.

Высота цилиндрической части бака окислителя:

.

Полная высота бака окислителя:

.

Объём заправляемого окислителя:

.

Объём воздушной подушки:

.

Высоту воздушной подушки от зеркала жидкости до полюса верхнего днища бака найдём из выражения:

.

Получаем

.

Высота уровня жидкости в баке:

.

3.2 Оценочный расчет массы топливного отсека

Массу топливного отсека определяют суммой масс топливных баков под основные компоненты топлива, массы устройств наддува и узлов крепления и массы вспомогательных баков, при наличии таковых.

При работе ТНА на основных компонентах топлива масса топливного отсека равна:

,

где

, - массовые коэффициенты, определяемые по формулам:

;

.

, - коэффициенты, характеризующие массу топливных баков под основное топливо.

, - коэффициенты, характеризующие массу устройств наддува и узлов крепления.

, .

В оценочных расчетах можно принять:

;

,

где

- плотность топлива;

- относительная толщина оболочки для алюминиевых сплавов.

Масса бака горючего:

.

Масса бака окислителя:

.

4. Составление компоновочной схемы ступени

Рис.6. Компоновочная схема первой ступени ракеты (М 1:50)

5. Выбор и обоснование схемы системы наддува

Системы наддува служат для обеспечения и поддержания требуемого давления в топливных баках.

Классификация систем наддува может быть представлена следующей схемой:

Рис.7. Классификация систем наддува

5.1 Оценочный расчёт массы и габаритов “холодной” системы наддува

Исходные данные:

Давление насыщенных паров керосина

;

Давление насыщенных паров кислорода

;

Плотность керосина

;

Плотность кислорода

;

Объем заправляемого окислителя

;

Объем заправляемого горючего

.

Рис.8. Расчётная схема

Выполнение расчёта

5.1.1 Определение давления в газовой подушке бака горючего

Расчёт минимального давления

Значения

определяется по трём условиям.

1) Условие бескавитационной работы насоса горючего в момент старта:

, [2]

где

- гидростатическое давление столба жидкости.

,

где

- суммарные потери давления.

,

где

- скорость течения компонента в магистрали;

- коэффициент местного сопротивления;

- осевая перегрузка в момент старта;

- высота столба жидкости;

- кавитационный запас; выбирается из диапазона

.

Принимаем:

.

2) Условие бескавитационной работы насоса горючего в конце работы 1-й ступени.