Проектирование двигательной установки и элементов конструкции второй ступени баллистической ракеты (стр. 4 из 24)

Выбор прототипа проектируемого двигателя будем проводить, руководствуясь следующими требованиями:

- минимальная разность тяг прототипа и проектируемого двигателя;

- по назначению двигателя.

Таблица №1.4

Характеристика двигателя – прототипа

Марка двигателя	LR-105-NA
Страна производитель	США
Назначение ДУ	РН «Атлас», вторая ступень
Начало (окончание) разработок	1954 – 1958
Окислитель
Горючее	Керосин
Весовое соотношение компонентов топлива	2,27
Тяга двигателя на земле	267 кН
Тяга двигателя в пустоте	375 кН
Удельный импульс на земле	2153 м/с
Удельный импульс в пустоте	3025 м/с
Масса сухого двигателя	465 кг
Масса залитого двигателя	-
Длина двигателя	2,5 м
Диаметр двигателя	1,20 м
Давление в камере сгорания	5,1 Мпа
Давление на срезе сопла	-
Геометрическая степень расширения сопла	25
Время работы	290 с
Число камер сгорания	1
Суммарная мощность ТНА	-
Частота вращения ТНА	10500 об/мин
Частота вращения насоса горючего	10500 об/мин
Частота вращения насоса окислителя	10500 об/мин

2. Тепловой расчет камеры сгорания

Цель расчета: Расчет проводят с целью определения размеров сопла, удельного импульса тяги и расхода топлива.

Исходные данные для расчета:

Топливо АК + Керосин

Тяга двигателя

Удельный импульс в пустоте

Давление в КС

Давление на срезе сопла

Коэффициент избытка окислителя

- в ядре

- в пристеночном слое

- среднее по КС

Относительный расход топлива

- в ядре

- в пристеночном слое

Весовое соотношение компонентов топлива

- в ядре

- в пристеночном слое

- среднее по КС

Угол раствора на срезе сопла

Тепловой расчет двигателя проводился с использованием таблиц справочника Глушко для данной топливной пары.

Результаты расчета:

Действительное значение удельного импульса тяги в пустоте:

.

Массовый секундный расход топлива:

;

массовый секундный расход горючего:

.

массовый секундный расход окислителя:

.

Рис. 1.6 Расчетная схема определения продольных размеров двигателя.

Диаметр цилиндрической части камеры сгорания:

.

Диаметр критического сечения:

.

Диаметр среза сопла:

.

Длина форсуночной головки:

.

Длина цилиндрической части камеры сгорания:

.

Длина входа в сопло:

.

Длина раструба сопла:

.

Длина сопла:

.

Длина двигателя:

.

Рис.1.7 Профиль сверхзвуковой части сопла построенной графическим методом

Радиус горловины сопла:

.

Угол раскрытия сопла:

.

3. Расчет центробежного насоса окислителя

Цель расчета: Целью данного расчета является определение основных параметров центробежного насоса окислителя второй ступени УБР, к которым относятся: частота вращения вала насоса, геометрические характеристики основных элементов насоса (подвода, центробежного колеса, отвода), а также определение формы колеса в меридиональном сечении, профиля лопаток, размеров улитки, мощности и КПД насоса.

Исходные данные:

Рабочее тело насоса Азотная кислота

Массовый секундный расход окислителя

Максимальная температура окислителя

Плотность окислителя

Давление насыщенных паров окислителя при

Кинематическая вязкость

Объемный расход компонента через насос

Определение основных расчетных характеристик насоса

Минимальное давление на входе в насос

:

,

где

- давление наддува в топливном баке;

- давление столба жидкости;

- гидравлические сопротивления магистрали, подводящей к насосу жидкость;

- скорость потока жидкости на входе. Принимаем ;

- плотность окислителя;

- высота столба жидкости от зеркала жидкости в баке до входа в насос;

- коэффициент осевой перегрузки.

Полное давление подачи компонента

:

;

где

- давление в камере сгорания;

- перепад давления на форсунках;

- сопротивление топливной магистрали от выхода из насоса до ФГ;

Коэффициент быстроходности:

;

где

– напор насоса.

- частота вращения насоса.

где

- число оборотов вала насоса.

Коэффициент

лежит в диапазоне от 40 до 80, следовательно, колесо является тихоходным.

Объемный КПД определяем по формуле:

.

Приведенный диаметр (эквивалентный диаметр входа):

,