Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты

border="0" />

0.08 21.87

1.148

469.779 - 0.09 17.28

7.166

316.596 32.608 0.1 13.997

4.702

229.06 27.649 0.11 11.568

3.211

176.122 23.111 0.12 9.72

2.268

142.594 19.037 0.13 8.282

1.646

120.529 15.474 0.14 7.141

1.224

105.53 12.445

0.15

6.221

95.046

9.934

0.16 5.468

7.175

87.541 7.896 0.17 4.843

5.63

82.054 6.268 0.18 4.32

4.479

77.968 4.98 0.19 3.877

3.608

74.875 3.967

По ГОСТ 18482-79 выбираем диаметр трубопровода горючего равным .

Расчет диаметра трубопровода окислителя

- масса топливной системы окислителя,

где - масса бака окислителя;

- масса рабочего тела наддува бака окислителя;

- масса трубопровода окислителя.

Масса бака окислителя:

,

где

.

Масса трубопровода:

,

где ;

- приведённая длина трубопровода окислителя (от заборного устройства до входа в насос).

Масса рабочего тела наддува бака окислителя:

,

где ;

- эффективная работоспособность газа.

Суммарные потери давления в трубопроводе окислителя:

,

где - потери давления на создание скорости;

- скорость движения окислителя в трубопроводе.

- потери давления на трение между движущейся жидкостью и стенками трубопровода;

- коэффициент потерь на трение (зависит от режима течения жидкости);

- местные потери;

- суммарный коэффициент местных сопротивлений.

Масса топливной системы окислителя:

.

Зададимся несколькими значениями диаметра трубопровода окислителя и произведём расчёт по приведённым выше выражениям. После чего построим график зависимости массы топливной системы окислителя от диаметра трубопровода (рис.10) и данные вычислений сведём в таблицу (табл.2).

Рис.10. График зависимости массы топливной системы окислителя от диаметра трубопровода

Таблица 2

, м	, м/с	, Па	, м
0.13	19.726	1.333	1327	-
0.14	17.009	9.911	1028	22.545
0.15	14.817	7.521	818.581	20.344
0.16	13.022	5.81	668.908	18.285
0.17	11.535	4.559	559.482	16.359
0.18	10.289	3.627	477.989	14.566
0.19	9.235	2.922	416.295	12.907
0.2	8.334	2.38	368.9	11.385
0.21	7.559		332.007	10.001
0.22	6.888	1.625	302.946	8.753
0.23	6.302	1.361	279.805	7.638
0.24	5.788	1.148	261.197	6.65

По ГОСТ 18482-79 выбираем диаметр трубопровода окислителя равным .

8. Выбор типов заборных устройств и расчёт остатков незабора

Заборные устройства (ЗУ) ТБ, предназначены для обеспечения бесперебойного поступления компонентов топлива из баков в топливные магистрали при всех заданных режимах работы ЖРД. Нарушения подачи топлива, вызываемые воронкообразованием, кавитацией или динамическим «провалом» уровня свободной поверхности топлива, проявляющимся в неравномерном опускании топлива, недопустимы.

Конструкция ЗУ зависит от области применения ЛА, а также от конструктивного выполнения и компоновки ТБ и ДУ.

На маломанёвренных ЛА обычно применяются тарельчатые или сифонные ЗУ.

При сливе КТ через сливное отверстие в баке в конце опорожнения образуется воронка, приводящая к двухфазному течению в сливном трубопроводе.

Переход к двухфазному течению при вихревом воронкообразовании происходит при больших высотах уровня, чем при возникновении воронки без вращения. Поэтому для уменьшения остатков незабора применяют ЗУ, понижающие величину критического уровня.

На величину остатков незабора топлива оказывают влияние:

форма топливного бака;

форма днища, с которого производится забор КТ;

место отбора (центральное или боковое);

способ, применяемый для исключения вихревой воронки;

массовый секундный расход КТ.

Для бака окислителя выбираем тарельчатое ЗУ с центральным отбором КТ, а для бака горючего – тарельчатое ЗУ с боковым отбором КТ.

8.1 Выбор типов и основных геометрических размеров заборных устройств

Расчёт проводится согласно [4].

Выбор основных размеров заборного устройства бака окислителя

Диаметр тарели:

.

Высота установки тарели:

.

Радиус перехода в сопряжении днище – трубопровод:

.

Диаметр рёбер тарели:

.

Радиус внутреннего контура тарели:

.

Рис.11. Схема заборного устройства бака окислителя

Выбор основных размеров заборного устройства бака горючего

Диаметр тарели:

.

Высота установки тарели:

.

Радиус перехода в сопряжении днище – трубопровод:

.

Диаметр рёбер тарели:

.

Радиус внутреннего контура тарели:

.

Рис.12. Схема заборного устройства бака горючего

8.2 Расчёт полных остатков незабора

Исходные данные:

Кинематическая вязкость окислителя ;

Кинематическая вязкость горючего ;

Коэффициент поверхностного натяжения окислителя;

Коэффициент поверхностного натяжения горючего.

Расчёт полных остатков незабора окислителя

Число Рейнольдса:

.

Число Фруда:

,

где – ускорение свободного падения.

Вспомогательные коэффициенты:

.

.

.

Относительный критический уровень:

Высота уровня жидкости при которой происходит прорыв газа в сливной трубопровод:

.

Остатки незабора для ТБ со сферическим днищем и центральным расположением ЗУ:

,

где - радиус бака;

- коэффициент, учитывающий объём воздушной воронки;

- коэффициент, учитывающий форму днища;

.

Остатки незабора на продольных элементах ТБ

.

Средняя толщина плёнки на продольном силовом наборе:

.

,

где – скорость

опускания уровня жидкости в топливном баке.

Смачиваемая боковая поверхность бака:

.

Смачиваемая поверхность силового набора (гасителей колебаний) бака:

,

где – ширина элемента силового набора;

n = 4 – количество элементов силового набора.

Остатки незабора на поперечных элементах ТБ

.

Средняя толщина плёнки на поперечном силовом наборе:

.

Смачиваемая поверхность бака:

,

где – высота сферического днища.

Остатки окислителя в магистралях

;

где – длина трубопровода от бака до входа в насос окислителя.

Суммарные остатки незабора окислителя

Суммарная масса остатков незабора окислителя

.

Расчёт полных остатков незабора горючего

Число Рейнольдса:

.

Число Фруда:

.

Вспомогательные коэффициенты:

.

.

.

Относительный критический уровень:

Высота уровня жидкости при которой происходит прорыв газа в сливной трубопровод:

.

Остатки незабора для ТБ со сферическим днищем и боковым расположением ЗУ:

где

- высота застойной зоны (определяем после прочерчивания ЗУ);

- радиус тоннельной трубы.

Остатки незабора на продольных элементах ТБ

Средняя толщина плёнки на продольном силовом наборе:

.

,

где – скорость опускания уровня жидкости в топливном баке.

Смачиваемая боковая поверхность бака:

.

Смачиваемая поверхность силового набора (гасителей колебаний) бака:

.

Смачиваемая поверхность тоннельной трубы:

.

Остатки незабора на поперечных элементах ТБ

.

Средняя толщина плёнки на поперечном силовом наборе:

.

Смачиваемая поверхность бака:

.

Остатки горючего в магистралях

;

где – длина трубопровода от бака до входа в насос горючего.

Суммарные остатки незабора горючего

Суммарная масса остатков незабора горючего

.

9. Расчёт гидравлических потерь в магистралях трубопроводов

Расчёт проводится согласно [4].

Рис.13. Расчётные схемы магистралей горючего (а) и магистралей окислителя (б)

Исходные данные:

Длина основной магистрали окислителя (ЗУ - насос) ;

Длина основной магистрали горючего (ЗУ - насос) ;

Длина питающей магистрали окислителя (насос - КС) ;

Длина питающей магистрали горючего (насос - КС) .

9.1 Расчёт гидравлических потерь в магистралях горючего

Расчёт потерь в трубопроводе горючего от ЗУ до входа в насос

Ранее было получено:

- диаметр трубопровода горючего от ЗУ до насоса горючего ;

- скорость горючего в трубопроводе .

Определяем число Рейнольдса:

.

Определяем коэффициент трения:

,

где