Ракетный двигатель РД-583 РН Зенит-3 (стр. 2 из 3)
Для горючего данного двигателя известно изменение соотношения С/Н равное
6 %.3. Определение влияния соотношения компонентов на энергетические характеристики
Цель работы: изучение процессов в рабочих телах энергетических установок, влияния основных параметров на характеристики процесса.
| Двигатель (ракета) | Топливо | Соотношение компонентов | Давление Pk | Тяга | Удельный импульс |
| РД-583 | Жидкий кислород + Керосин | 7,8 МПа(расш. 189) | 71 кН(пуст.) | 361 с(пуст.) |
Определим эквивалентные формулы компонентов топлива и запишем их энтальпии.
Окислитель: жидкий кислород (О2) - 100%; gО2 = 1
Горючее: керосин С – 85,9 % gС = 0,85
Н – 14,1 % gН = 0,141
Эквивалентная молярная масса μЭ = 1000 (г/моль).
Молярные массы компонентов:
μС = 12,011 (г/моль);
μН = 1,008 (г/моль);
μО2 = 2 .15,999=31,998 (г/моль).
Окислитель (O2):
Эквивалентное число атомов компонента:
bO =1000 . 2 / 31,998 = 62,5
Эквивалентная формула: O62,5
Энтальпия: I = - 398,3 кДж/кг.
Горючее (керосин):
Эквивалентное число атомов компонентов:
bC = 1000 . 0,859 / 12,011 = 71,51778
bH = 1000 . 0,141 / 1,008 = 139,8809
Эквивалентная формула: C71,51778H139,8809
Энтальпия: I = - 1948 кДж/кг.
С помощью программы ТЕРМОДИНАМИКА.ЕХЕ определим коэффициент адиабаты при замороженном течении для диапазона значений коэффициента избытка окислителя
при давлении в камере 
.Затем из газодинамических функций при известном коэффициенте геометрического расширения
находим степень повышения давления 
по которой определяем значение давления на срезе сопла 
.Далее снова проводим термодинамический расчет при расширении до давления
и определяем скорость истечения продуктов сгорания на срезе сопла.Исходные данные для проведения расчета:
| [Common]Pk = 7.8Alfa = 0.5 … 1.5 | [Fuel]Intalpia=-1948C=71.51778H=139.8809 | [Oxydizer]Intalpia=-398.3O=62,5 |
Результаты расчетов приведены в Приложении 1
Для
С помощью программы SETKA.EXE построим график зависимости скорости истечения газов на срезе сопла Wa от коэффициента избытка окислителя α.
Рис. 2. Зависимость Wa от alfa
Запишем сводную таблицу значений α и Wa:
| Номеррасчета | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| α | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 |
| Wa,м/с | 2976,86 | 3153,11 | 3238,32 | 3256,53 | 3205,75 | 3152,73 | 3099,54 | 3048,52 | 2999,77 | 2952,83 | 2907,14 |
Из записанной таблицы видно, что максимум скорости истечения продуктов сгорания на срезе сопла
наблюдается при 
Для получения более полной картины влияния соотношения компонентов на энергетические характеристики построим с помощью программы ТЕРМОДИНАМИКА.ЕХЕ графики, показывающие влияние коэффициента избытка окислителя на температуру (рисунок 3) и на молярный вес (рисунок 4):
Рис. 3. Зависимость температуры от alfa
Рис. 4. Зависимость молярной массы от alfa
Заключение
В ходе курсовой работы были изучены процессы в рабочем теле энергетической установки, а именно, в ракетном двигателе РД-583. И было определено влияние коэффициента избытка окислителя на основные энергетические характеристики данного двигателя.
Из графической зависимости Т(α), представленной на рисунке 3, видно, что температура зависит от соотношения компонентов в топливе и имеет максимум. При отсутствии диссоциации максимум в большинстве случаев должен соответствовать стехиометрическому составу топлива, т.е. когда α=1. Вследствие диссоциации этого не наблюдается. Как видно из рисунка 3 максимум температуры наблюдается при α<1. Точное положение максимума зависит от давления, сказывающегося на интенсивности диссоциации.
Из графической зависимости Мр(α), представленной на рисунке 4, видно, что при увеличении избытка окислителя характерно значительное увеличение молярной массы в камере сгорания, т.е. при уменьшении содержания в смеси легких продуктов неполного сгорания горючего.
Определим пустотный удельный импульс, развиваемый данным двигателем:
- скорость истечения продуктов сгорания на срезе сопла; 
- площадь поперечного сечения среза сопла; 
- давление на срезе сопла; 
- расход топлива.Преобразуем данную формулу с помощью уравнения состояния
и уравнения неразрывности 
. 
– газовая постоянная продуктов сгорания на выходе из сопла; 
– универсальная газовая постоянная; 
- молярная масса продуктов сгорания на выходе из сопла; 
- плотность продуктов сгорания на выходе из сопла; 
– температура продуктов сгорания на выходе из сопла.Итак, пустотный удельный импульс вычисляется по формуле:
Для того чтобы сравнить результат с пустотным удельным импульсом прототипа, разделим, полученный для данного двигателя, импульс на ускорение свободного падения. В итоге получим, что пустотный удельный импульс рассчитываемого двигателя равен
.Для проверки посчитаем пустотный удельный импульс еще для двух значений
:- при
- при
Убедившись в правильности найденного максимального пустотного удельного импульса, определим расхождение между исходным и расчетным вариантами:
Исходный удельный импульс в пустоте двигателя РД – 583 равен
Расхождение в результатах объясняется тем, что:
- во первых, вследствие возможного различия свойств, используемого керосина.
- во вторых, при определении эквивалентных формул компонентов топлива не учитывалось то, что в окислителе О2содержится примесь – жидкий азот N2.
- в третьих, не учитывалось изменение соотношения С/Н, которое изменяется по весу на
6 %.Список литературы
1. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. «Теория ракетных двигателей» /Под ред. В.Е.Алемасова. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1969. - 548 с.