Проектирование твердотопливного ракетного двигателя третьей ступени трехступенчатой баллистической ракеты (стр. 3 из 7)

Рис. 1. Зависимость удельного импульса топлива

Т. к. в данном случае третья ступень, то принимаем давление в КС рк=4 МПа.

Правильный выбор давления на срезе сопла заключается в том, чтобы при этом давлении ракета получила бы наибольшую скорость в конце активного участка траектории и, следовательно, максимальную дальность при всех прочих равных условиях.

Согласно рекомендациям давление на срезе сопла:

- для первой ступени;

- для второй ступени;

- для третьей ступени.

Принимаем давление на срезе сопла ра=0,012 МПа.

2. Расчет РДТТ

2.1 Проектирование сопла

Сопло является очень важным элементом любого ракетного двигателя. Оно во многом определяет все характеристики ракеты, поскольку именно в нем потенциальная энергия горячих газов превращается в кинетическую энергию истекающей струи газов, которая и создает тягу.

Исходные данные:

- давление в камере сгорания РДТТ (3 ступень)

;

- статическое давление на срезе сопла (3 ступень)

;

- длина образующих конических участков сопла

;

- угол раскрытия сопла, угол на срезе сопла

;

- время работы РДТТ

;

- тяга РДТТ

;

- удельный импульс топлива РДТТ

;

- потери удельного импульса

;

- газовая постоянная

;

- температура горения топлива

;

- показатель адиабаты продуктов сгорания

.

Порядок расчета:

Безразмерная скорость газа на срезе идеального сопла,

,

где

- коэффициент межфазового энергообмена продуктов сгорания при их движении по сопловому тракту

,

где n - показатель изоэнтропы расширения для смесевого топлива с металлическими добавками,

;

- отношение температуры твердых частиц к статической температуре продуктов сгорания;

- коэффициент, учитывающий потери на трение, = (0.02...0.05), = 0.03;

- отношение скорости частиц твердой фазы к скорости газа;

- отношение расхода частиц конденсированной фазы к расходу газовой среды;

- относительная удельная теплоемкость продуктов сгорания.

Коэффициент истечения

где

= 9,807 м/с — ускорение свободного падения.

Площадь и диаметр критического сечения сопла:

,

,

где

- приход газов,

,

-масса заряда РДТТ,

,

- переводной коэффициент;

- коэффициент тепловых потерь. Для РДТТ с термоизоляцией:

.

.

Коэффициент реактивности идеального сопла

.

Коэффициент реактивности реального сопла

,

где

коэффициент, учитывающий потери энергии от диссипативных сил,

- коэффициент, учитывающий потери от радиального расширения газа в сопле.

Безразмерная скорость потока на срезе реального сопла

.

Безразмерная скорость потока в критическом сечении сопла

.

Потребное уширение сопла

.

где

.

Площадь и диаметр выходного сечения сопла

,

.

Длина диффузора соплового тракта (для утопленного сопла)

.

Параметры для построения сверхзвуковой части сопла

;

;

;

Длина сверхзвуковой части сопла,

Рис.5. Схема сопла

2.2 Расчет щелевого заряда РДТТ

Заряд щелевого типа имеет цилиндрическую форму, внутренний канал диаметром

, четыре щели (пропила) шириной b, высотой , расположенные в сопловой части заряда. По длине заряд делится на три части, а именно: цилиндрическую ( ), переходную ( ) и щелевую ( ).

Исходные данные:

- число щелей

;

- вид топлива смесевое;

- плотность топлива

;

- тяга двигателя

;

- время работы двигателя

;

- скорость горения топлива

;

- удельный импульс тяги

.

с учетом потерь

Порядок расчета.

Относительная толщина свода заряда

= 0,3...0,5.

Принимаем

.

Толщина свода заряда

.

Наружный диаметр заряда

.

Диаметр канала

.

Ширина щелей

.