Проектирование двигательной установки и элементов конструкции второй ступени баллистической ракеты (стр. 10 из 24)

.

Диаметр крайнего сечения второй секции:

.

5.4 Расчет охлаждения КС

Исходные данные:

Материал огневой стенки:12Х18Н10Т.

Толщина огневой стенки:

.

Теплопроводность материала огневой стенки:

.

Охладитель:Керосин.

Плотность охладителя:

.

Расход охладителя в охлаждающем тракте:

.

Температура охладителя на входе в охлаждающий тракт:

.

Теплоемкость охладителя:

.

Теплопроводность охладителя:

.

Динамическая вязкость охладителя:

.

Высота межрубашечного тракта

.

Рис.1.18 Расчетная схема к расчету охлаждения

Камеру двигателя разбиваем на участки. Шаг разбиения камеры

на участки, в пределах каждой из частей сопла (дозвуковой и сверхзвуковой) остается постоянным. Дозвуковую часть сопла разбиваем на 4 участка, сверхзвуковую часть сопла на 16 участков. Камеру сгорания на участки не разбиваем. Всего участков j=21. Сечений i=22.

Для расчета необходимо определить диаметр КС

, температуру газовой стенки
, значение теплоемкости
, коэффициент динамической вязкости
, а также мольные доли
и парциальное давление
газообразных индивидуальных веществ (H2O; СО2) продуктов сгорания (ПС) для каждого из сечений. Параметры ПС, а также температуру газовой стенки определяем для трех сечений (вход в сопло, критическое сечение, срез сопла). В дальнейшем будем считать, что параметры ПС по длине КС изменяются по линейному закону.

Термодинамические параметры ПС определяем по справочнику Глушко. Температурой газовой стенки задаемся на основании рекомендаций.

Диапазон температур газовой стенки для жаропрочных сталей:

- в камере сгорания

. Принимаем
.

- в критическом сечении

. Принимаем
.

- на срезе сопла

. Принимаем
.

Парциальное давление газов рассчитывается по следующим зависимостям:

- в камере сгорания

.

- в критическом сечении

.

- на срезе сопла

.

Таблица №1.9

Термодинамические параметры ПС

атм.
атм.
КС 1,1097 9,20 0,4299 0,2024 25,790 12,14
Кр. сечение 1,0335 8,80 0,4409 0,2153 13,227 6,459
Срез сопла 0,4279 5,20 0,4580 0,2684 0,0916 0,0537

Значение термодинамических параметров ПС и температуры газовой стенки по расчетным сечениям занесем в таблицу №1.10

Таблица №1.10

№ сеч.
м
К
атм.
атм.
0 0,35 800 1,11 9,20 0,4299 0,2024 25,79 12,14
1 0,35 800 1,11 9,20 0,4299 0,2024 25,79 12,14
2 0,3318 900 1,091 9,10 0,4326 0,2052 22,65 10,72
3 0,269 1000 1,072 9,00 0,4354 0,2079 19,51 9,302
4 0,1975 1100 1,053 8,90 0,4381 0,2107 16,37 7,88
5 0,155 1200 1,033 8,80 0,4409 0,2134 13,23 6,459
6 0,2054 1163 0,9956 8,58 0,442 0,2164 12,41 6,059
7 0,2618 1125 0,9578 8,35 0,443 0,2174 11,59 5,658
8 0,3139 1088 0,9199 8,13 0,4441 0,2185 10,76 5,258
9 0,3631 1050 0,8821 7,90 0,4452 0,2196 9,943 4,858
10 0,4088 1013 0,8442 7,68 0,4462 0,2206 9,122 4,457
11 0,4516 975 0,8064 7,45 0,4473 0,2217 8,301 4,057
12 0,4915 937,5 0,7685 7,23 0,4484 0,2228 7,48 3,657
13 0,5289 900 0,7307 7,00 0,4495 0,2238 6,659 3,256
14 0,5639 862,5 0,6928 6,78 0,4505 0,2249 5,838 2,856
15 0,5966 825 0,655 6,55 0,4516 0,226 5,017 2,456
16 0,6273 787,5 0,6171 6,33 0,4527 0,2271 4,196 2,055
17 0,656 750 0,5793 6,10 0,4537 0,2281 3,375 1,655
18 0,6829 712,5 0,5414 5,88 0,4548 0,2292 2,554 1,255
19 0,7078 675 0,5036 5,65 0,4559 0,2303 1,734 0,8543
20 0,7312 637,5 0,4657 5,43 0,4569 0,2313 0,9126 0,454
21 0,753 600 0,4279 5,20 0,458 0,2324 0,0916 0,05368

Для каждого из участков

определим средние значения параметров: диаметра КС
, температуры газовой стенки
, теплоемкости
, коэффициента динамической вязкости
, а также парциальных давлений
.

Результат занесем в таблицу №1.11

Таблица №1.11

№ сеч.
м
м
К
атм.
атм.
0 0,35 0,35 800 1,11 9,20 25,79 12,14
1 0,03575 0,3409 850 1,1 9,15 24,22 11,43
2 0,03575 0,3004 950 1,081 9,05 21,08 10,01
3 0,03575 0,2333 1050 1,062 8,95 17,94 8,591
4 0,03575 0,1763 1150 1,043 8,85 14,8 7,17
5 0,05575 0,1802 1181 1,015 8,69 12,82 6,259
6 0,05575 0,2336 1144 0,9767 8,46 12 5,859
7 0,05575 0,2878 1106 0,9389 8,24 11,17 5,458
8 0,05575 0,3385 1069 0,901 8,01 10,35 5,058
9 0,05575 0,386 1031 0,8632 7,79 9,533 4,658
10 0,05575 0,4302 993,8 0,8253 7,56 8,712 4,257
11 0,05575 0,4715 956,3 0,7875 7,34 7,891 3,857
12 0,05575 0,5102 918,8 0,7496 7,11 7,07 3,457
13 0,05575 0,5464 881,3 0,7118 6,89 6,249 3,056
14 0,05575 0,5803 843,8 0,6739 6,66 5,428 2,656
15 0,05575 0,612 806,3 0,6361 6,44 4,607 2,256
16 0,05575 0,6416 768,8 0,5982 6,21 3,786 1,855
17 0,05575 0,6694 731,3 0,5604 5,99 2,965 1,455
18 0,05575 0,6954 693,8 0,5225 5,76 2,144 1,055
19 0,05575 0,7195 656,3 0,4847 5,54 1,323 0,6542
20 0,05575 0,7421 618,8 0,4468 5,31 0,5021 0,2538

Коэффициент конвективной теплоотдачи от горячих газов к стенке

: