Xreferat.com » Рефераты по авиации и космонавтике » Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


Кафедра «Авиа- и ракетостроение»

Специальность 160801- «Ракетостроение»


КУРСОВОЙ ПРОЕКТ


по дисциплине «ПГС и автоматика ЛА»


ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПГС

ПЕРВОЙ СТУПЕНИ БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ РАКЕТЫ


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КП-2068998.00.00.00.00.000 ПЗ


Омск 2006

Омский государственный технический университет

Кафедра «Авиа- и ракетостроение»

Специальность 160801 – «Ракетостроение»


Задание №


на курсовое проектирование

по дисциплине «ПГС и автоматика ЛА»


Студент _______________

1. Тема проекта: Проектирование ПГС первой ступени баллистической ракеты.

2. Исходные данные к проекту:


Дальность полета 9500 км
Тяга ступени 1103 кН
Время работы ДУ 91 с
Диаметр ракеты 2,25 м
Топливо Кислород+ Керосин

3. Содержание проекта:

3.1 Разделы пояснительной записки:

- проектировочный расчёт;

- гидравлический расчёт;

- массовый расчёт;

- оценочные расчёты.

3.2 Перечень графического материала:

а) Принципиальная схема ПГС – 1 лист формата А1;

б) Схема размещения ПГС на верхнем днище бака– 1 лист формата А1;

в) Элемент автоматики ЛА – 1 лист формата А3.

4. Дата выдачи задания: 6 сентября 2006 г.

Аннотация


В ходе курсового проектирования была произведено проектирование и расчёт ПГС двухступенчатой баллистической ракеты.

Выполненный курсовой проект включает в себя пояснительную записку объёмом 56 страниц формата A4, содержит 15 рисунков и 2 таблицы. Список использованных источников состоит из 7 публикаций.

Графическая часть курсового проекта включает в себя:

а) Принципиальную схему ПГС – 1 лист формата А1;

б) Сборочный чертёж верхнего днище бака окислителя – 1 лист формата А1;

в) Сборочный чертёж элемента автоматики ЛА – 1 лист формата А3.

Содержание


Введение

1. Анализ схемных решений и выбор базового варианта подачи компонентов топлива

2. Оценочный расчёт проектных параметров ЖРД

3. Расчёт топливного отсека

3.1 Объёмный расчёт баков окислителя и горючего

3.2 Оценочный расчёт массы топливного отсека

4. Составление компоновочной схемы ступени

5. Выбор и обоснование схемы системы наддува

5.1 Оценочный расчёт массы и габаритов “холодной” системы наддува

5.2 Оценочный расчёт массы и габаритов “горячей” системы наддува

6. Описание схемы ПГС и её работа на всех этапах функционирования:

6.1 Описание схемы ПГС

6.2 Описание работы ПГС

6.2.1 Подготовка ракеты к запуску

6.2.2 Запуск двигателя

6.2.3 Работа ПГС в полёте

6.2.4 Выключение ДУ

6.2.5 Аварийный режим работы ПГС

7. Выбор диаметров трубопроводов окислителя и горючего

8. Выбор типов заборных устройств и расчёт остатков незабора

8.1 Выбор типов и основных геометрических размеров заборных устройств

8.2 Расчёт полных остатков незабора

9. Расчёт гидравлических потерь в магистралях трубопроводов

9.1 Расчёт гидравлических потерь в магистралях горючего

9.2 Расчёт гидравлических потерь в магистралях окислителя

10. Уточнённый расчёт топливного отсека

11. Расчёт элемента автоматики

12. Расчёт времени заправки

13. Воздействие компонентов топлива на экологию

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Спецификация к сборочному чертежу верхнего днища бака окислителя

Спецификация к сборочному чертежу элемента автоматики

Введение


Важнейшим элементом летательных аппаратов, оснащённых жидкостными ракетными двигательными установками (ЖРДУ) является пневмогидравлическая система (ПГС), которая обеспечивает заправку ЛА основными компонентами топлива; хранение запаса компонентов топлива и рабочих тел ПГС и автоматики ЛА на борту без изменения химических и физических свойств в заданном диапазоне параметров; предстартовый и основной наддув топливных баков; подачу компонентов топлива в КС с заданными параметрами на протяжении всего времени работы ДУ.

Целью данного курсового проекта является проектирование ПГС первой ступени двухступенчатой баллистической ракеты.

1. Анализ схемных решений и выбор базового варианта подачи компонентов топлива


В зависимости от назначения к ЖРД предъявляют различные требования по величине тяги, продолжительности и условиям работы. Это приводит к большому разнообразию применяемых способов подачи компонентов и схем ДУ.

Одним из важнейших элементов, характеризующих двигательную установку в целом, является система подачи топлива.

По типу агрегата, создающего давление подачи, различают вытеснительную 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, а, следовательно, массивными.

Применение вытеснительной системы подачи топлива целесообразно при давлениях в КС не больше Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты. Газовытеснительные системы подачи топлива находят в основном применение в двигателях небольшой тяги, рассчитанных на малое время работы.

При насосной системе подачи топлива нет необходимости поддерживать в баках высокое давление. Небольшое давление воздушной подушки в баках (Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты) создаётся для обеспечения бескавитационной работы насосов. Насосная система подачи топлива значительно сложнее вытеснительной, но для двигателей средних и больших тяг она предпочтительнее, т. к. вес всей системы питания ЖРД, включая баки с топливом, будет меньше.

Системы питания ЖРД с насосной подачей топлива бывают:

с автономной (независимой) турбиной (схема “без дожигания”);

с предкамерной турбиной (схема “с дожиганием”).

Системы ЖРД с автономной турбиной применяются для маршевых двигателей средней тяги (максимальное значение давления в КС Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты). Следует учитывать то, что автономные турбины являются высокоперепадными (Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты) и малорасходными, а также то, что они снижают удельный импульс тяги двигателя на 2-6 % из-за выброса “мятого” газа за борт ракеты.

Системы ЖРД с предкамерной турбиной используются в двигателях большой тяги с высоким давлением в КС (Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты). Предкамерные турбины являются высокорасходными и низкоперепадными (Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты). Двигатели данной схемы более экономичны, так как в них исключаются потери удельного импульса тяги из-за расходования топлива на питание турбин. [1]

Так как интервал времени работы ДУ довольно значителен и двигатели имеют среднюю тягу, выбираем насосную систему подачи топлива без дожигания генераторного газа (см. рис.1).


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты

Рис. 1. Схема питания ЖРД с автономной турбиной и газогенератором, работающим на основных компонентах топлива: 1 – камера сгорания; 2, 3 – отсечные клапаны; 4 – насос горючего; 5 – бак горючего; 6 – бак окислителя; 7 – насос окислителя; 8 – газогенератор;

9 – турбина; 10 – выхлопное сопло

Исходя из того, что один из компонентов топлива (кислород) является криогенным, турбину ТНА будем располагать консольно (см. рис.2). Центральное расположение турбины в данном случае нерационально, так как условия работы такого ТНА крайне сложны из-за высоких перепадов температуры в полостях ТНА.


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты

Рис.2. Схема расположения турбины в ТНА: а – центральное расположение турбины;

б – консольное расположение турбины

2. Оценочный расчёт проектных параметров ЖРД


Данный расчёт выполняется согласно [2].

Исходные данные:

1) Тяга 1-й ступени Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

2) Количество двигателей ДУ Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

3) Тяга единичного двигателя Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

4) Топливо Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты керосин;

5) Давление в камере сгорания одиночного двигателя Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

6) Давление на срезе сопла Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.


Стандартные параметры топлива:

1) Показатель процесса истечения продуктов

сгорания из сопла Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

2) Универсальная газовая постояннаяПроектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

3) Удельный импульс тягиПроектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

4) Температура горения в камере сгорания

образцового двигателя Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

5) Плотность окислителя Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

6) Плотность горючего Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

7) Весовое соотношение компонентов топлива Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.


2.1 Определение удельного импульса КС маршевого двигателя


2.1.1 Температуру горения топлива вычисляем по формуле:

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.

2.1.2 Приведенный стандартный импульс Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты, учитывающий потери в КС двигателя и сопловой части, найдём по формуле:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты


2.1.3 Удельный импульс на расчётном режиме работы сопла Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты, равен


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты

где Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты ; Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты, Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты


2.1.4 Удельный импульс тяги камер сгорания Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты без учёта потерь на управление

определим по формулам:

В пустоте:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты ;


На земле Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты

2.1.5 Удельный импульс КС маршевого двигателя определяем по формуле:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты,


где Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты- уменьшение удельного импульса тяги газовыми рулями, м/с;

Принимаем Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты


2.2 Определение удельного импульса ДУ


2.2.1 Найдём плотность топлива Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты,


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты- весовое соотношение компонентов топлива: Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты


2.2.2 Коэффициент


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты,


где Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты- давление подачи. Принимаем Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты- КПД турбонасосного агрегата.

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты,

где Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты- КПД турбины. Принимаем Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты- КПД насоса. Принимаем Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты- удельная адиабатическая работа газа на турбине.

При использовании в газогенераторе турбины основных компонентов топлива можно принять:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.


2.2.3 Удельный импульс выхлопного патрубка турбины приближённо определяем по формуле:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.


2.2.4 Удельный импульс двигательной установки определяем по формуле:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.


2.3 Приближённый расчёт основных геометрических параметров двигателя


2.3.1 Определим расход топлива единичного двигателя Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты,


где Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты- тяга единичного двигателя, Н. Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.

2.3.2 Определим диаметр критического сечения сопла Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты ,

где Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты


2.3.3 Определим диаметр на срезе сопла Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты,


где Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты


2.3.4 Определим диаметр КС Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.


2.3.5 При грубом приближении можно принять:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Примем Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.

2.3.6 Определим радиус кривизны контура сопла:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты,

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты,


где Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты- угол на срезе сопла. Примем Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты- угол раскрытия сопла. Примем Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты- линейные участки контура сопла. Примем Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.


2.3.7 Вычислим длину сверхзвуковой части сопла Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты по формуле:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.


2.3.8 Длину входа в сопло определим по формуле:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.


2.3.9 Длина двигателя:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.


2.3.10 Длина двигательной установки от среза сопла до узла крепления


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты

Рис. 3. Камера сгорания (1:10)


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты

Рис. 4. Расположение ДУ в миделе ракеты (1:84)

3. Расчёт топливного отсека


Определение массовых секундных расходов окислителя и горючего:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты,


где Z = 4 – количество двигателей в ДУ.


3.1 Объёмный расчёт баков окислителя и горючего


Данная часть расчёта проводится согласно [3].

Исходные данные:

Расход горючего Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Расход окислителяПроектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Время работы двигателяПроектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Плотность горючегоПроектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Плотность окислителя Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Диаметр ракеты Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.

Выполнение расчёта:

Полный объём бака горючего:


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты,


где Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты - расчётный объём горючего;

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты - объём гарантированного запаса горючего;


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;


Принимаем Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;

Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты - достартовый объём горючего;


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты;


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты - объём горючего при работе двигателя на самотёке.

Принимаем Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты.


Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты-


объём горючего, расходуемого от момента включения в работу ТНА до выхода двигателя на расчётный режим.

Принимаем Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: