Проектирование двигательной установки и элементов конструкции второй ступени баллистической ракеты (стр. 1 из 24)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Омский государственный технический университет

Кафедра «Авиа- и ракетостроение»

Допускается к защите

Зав. кафедрой «АВиРС»

_______ ______________

«____» ________ 2008 г.

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

на тему: Проектирование двигательной установки и элементов конструкции второй ступени баллистической ракеты с ЖРД

Студента

Пояснительная записка

Шифр проекта: ДП-2068998.45.02.00.00.000.ПЗ

Специальность: 160801 – Ракетостроение

Омск 2008 г

Омский государственный технический университет

Кафедра «Авиа- и ракетостроение»

Утверждаю:

Зав. кафедрой «АВиРС»

__________

« ___» __________ 2007 г.

Задание

на выполнение выпускной квалификационной работы дипломированного специалиста

Студент

Тема проекта: Проектирование двигательной установки и элементов конструкции второй ступени баллистической ракеты с ЖРД

Утверждена распоряжением по Аэрокосмическому факультету № ___ от ____.11. 2007 г.

Срок сдачи студентом законченного дипломного проекта – 12 февраля 2007 г.

Исходные данные к проекту:

Дальность полета - 7000 км; Масса ступени - 12867 кг; Масса головной части - 2000 кг;

Тяга ступени - 208 кН; Время работы - 169 с; Диаметр баллистической ракеты - 1,97 м;

Длина баллистической ракеты - 19,7 м; Топливо - Азотная кислота + Керосин;

Содержание пояснительной записки (перечень подлежащих разработке разделов):

Введение.

1. Проектирование двигательной установки второй ступени (Выбор основных параметров проектируемого двигателя, тепловой расчет камеры сгорания, расчет центробежного насоса окислителя, расчет газовой турбины, расчет охлаждения двигателя, описание проектируемой двигательной установки).

2. Расчет элементов конструкции второй ступени (выбор конструктивно силовой схемы хвостового отсека по условию минимальной массы, расчет фермы полезной нагрузки, компенсация отверстий в баке окислителя).

3. Технологическая часть.

4. Экономическая часть.

5. Раздел безопасность жизнедеятельности.

Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей):

Общий вид второй ступени- 3 л.

ЖРД- 2 л.

Насос окислителя- 1 л.

Турбина- 1 л.

Технологический часть- 1 л.

Схемы, графики- 1-2 л.

Консультанты по дипломному проекту:

1. Технологическая часть – ст. преподаватель

2. Экономическая часть –

3. Раздел охраны труда –

Дата выдачи задания « ___ » ______ 2007 г.

Руководитель ______________.(подпись)

Задание принял к исполнению студент ________________ (подпись)

Задание консультантов по дипломному проектированию:

Технологическая часть дипломного проекта

Технологический процесс сборки фермы полезной нагрузки

Ст. преподаватель кафедры

«Авиа – и ракетостроение» __________________ (подпись, дата)

Экономическая часть дипломного проекта

Расчёт затрат на разработку инженерного проекта.

Ст. преподаватель кафедры «Экономика и организация труда» ____________________ (подпись, дата)

Раздел охраны труда

1. Охрана труда.

2. Защита в чрезвычайных ситуациях.

Ассистент кафедры

«Безопасность жизнедеятельности» ____________________ ( )

Аннотация

В качестве выпускной квалификационной работы был разработан жидкостный ракетный двигатель второй ступени баллистической ракеты, а также рассчитаны отдельные элементы конструкции второй ступени. Проект состоит из пяти разделов: проектирование ЖРД, проектирование элементов конструкции второй ступени, технологического, экономического и раздела охраны труда.

В разделе проектирования ЖРД выполнены следующие задачи: произведен выбор основных параметров проектируемого двигателя, тепловой расчет представленный в виде окончательных результатов, расчет насоса окислителя и газовой турбины, расчет геометрии и прочности охлаждающего тракта, расчет охлаждения двигателя. Расчет элементов конструкции второй ступени.

В технологическом разделе проекта был разработан технологический процесс сборки фермы полезной нагрузки, содержащий сведения о последовательности проводимых операций во время сборки. Спроектировано приспособления для сборки – сварки фермы.

Экономический раздел содержит расчеты затрат на разработку данного проекта: заработная плата проектировщика, амортизация помещения, оборудования, программного обеспечения и т.д.

В разделе охраны труда отражены основные моменты безопасности и экологичности проекта. Рассмотрены факторы окружающей среды, влияющие на проектировщика, а также меры по устранению действия вредных факторов. Произведен расчет искусственного освещения рабочего места. Рассмотрены способы оценки и повышения устойчивости экономических систем.

Общий объём проекта содержит в себе: 117 листов пояснительной записки, оформленной на формате А4 (плюс Приложения), содержащих в себе 38 таблиц и 33 рисунка; 10 листов графического материала, включающих в себя сборочные чертежи проектируемого двигателя, общий вид второй ступени, чертежи насоса и турбины, а также график изменения тепловых потоков и распределения температур по длине КС.

В конечном итоге, после проведённых расчётов были получены следующие технические характеристики ЖРД:

Число камер сгорания1

Время работы169 с

Тяга двигателя в пустоте208 кН

Удельный импульс в пустоте2817 м/с

Окислитель Азотная кислота

Горючее Керосин

Весовое соотношение компонентов топлива

Длина двигателя1,508 м

Давление в камере сгорания6 МПа

Давление на срезе сопла0,02 МПа

Геометрическая степень расширения сопла26,24

Суммарная мощность ТНА

Частота вращения турбины11600 об/мин

Частота вращения насоса горючего11600 об/мин

Частота вращения насоса окислителя11600 об/мин

Abstract

As exhaust skilled work was designed project liquid missile engine second step ballistic rocket, as well as is calculated separate elements to designs second step. The Project consists of five sections: designing LME, designing element to designs second step, technological, economic and labor guard section.

In section of the designing LME are executed following problems: is made choice main parameter designed engine, heat calculation presented in the manner of final result, calculation of the pump окислителя and gas turbine, calculation to geometries and toughness cooling tract, calculation of the cooling the engine.

The technological process of the assembly of the farm of the service load was designed In technological section of the project, containing information about the sequences conducted operation during assembly. The Designed adjustment for assembly of the welding of the farm.

The Economic section contains the calculations of the expenses on development given project: salary of the designer, amortizations of the premises, equipment, software and etc.

In section labor guard reflected main moments to safety and ecological capacities of the project. The Considered factors surrounding ambiences, influencing upon designer, as well as measures on eliminating the action bad factor. Calculation made of the artificial illumination worker place. The Considered ways of the estimation and increasing to stability of the economic systems.

The General volume of the project contains in itself: 116 sheets of the explanatory note, executed on format A4 (the plus of Exhibit), containing in itself 38 tables and 33 drawings; 10 sheets of the graphic material, comprising of itself assembly drawings of the designed engine, the general type second step, drawings of the pump and turbines, as well as graphs heat flow and sharing the temperature on length CC.

Finally, after called on calculation were received following technical features LME:

Number of the cameras of combustion 1

Time of the work 169 sec.

Pulling of the engine in emptiness 208 kN

Specific pulse in emptiness 2817 м/с

Oxygen Nitric acid

Combustible Kerosene

Сcorrelation component fuel 4,75

Length engine 1,508 m

Pressure in camera of combustion 6 MPa

Pressure on cut sniffled 0,02 MPa

Geometric degree of the expansion sniffled 26,24

Total powers

Frequency of the rotation of the turbine 11600 turn/min

Frequency rotations of the pump combustible 11600 turn/min

Frequency rotations of the pump oxygen11600 turn/min

Введение

Жидкостным ракетным двигателем называют реактивный двигатель использующий для своей работы энергию и массу, запасенные на борту аппарата. Основными, характерными особенностями ракетных двигателей являются:

- автономность от окружающей среды, т. е. ЖРД способен работать без использования окружающей среды, но, тем не менее, выходные параметры зависят от окружающего давления (противодавления).

- независимость тяги от скорости движения аппарата, так как тяга создается в нем за счет расхода запасов рабочего тела и энергии, имеющихся на этом аппарате.

- высокая концентрация подводимой энергии на единицу массы рабочего тела и, как следствие, большая энергонапряженность рабочего процесса и малая удельная масса двигателя, приходящаяся на единицу развиваемой тяги.

На сегодняшний день ЖРД, использующие химическую энергию топлива, являются единственными двигателями способными выводить полезные грузы на околоземную орбиту и за ее пределы.

В данном дипломном проекте произведен расчет ЖРД с заданными техническими характеристиками, используемого на второй ступени баллистической ракеты, с применением упрощенных методик. Во время выполнения дипломного проекта необходимо провести различные расчеты для определения основных конструктивных параметров проектируемого ЖРД, обеспечивающие надежную работу на всех рабочих режимах по заданным проектным параметрам. Произвести прочностные расчеты элементов конструкции самой ракеты.

1. Выбор основных параметров проектируемого ЖРД

1.1 Выбор схемы двигателя и системы подачи топлива

По типу агрегата, создающего давление подачи, различают газовытеснительную и турбонасосную подачу топлива.

Отличительной особенностью вытеснительной системы подачи топлива является то, что баки с компонентами топлива находятся под большим давлением, значительно превышающим давление в КС. По этой причине топливные баки приходится делать толстостенными и, как следствие, большой массы.

Применение вытеснительной системы подачи топлива целесообразно при давлениях в КС не больше

. Газовытеснительные системы подачи топлива находят в основном применение в двигателях небольшой тяги, рассчитанных на малое время _еботы, с малым удельным импульсом тяги.