Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты
Определяем потери давления на трение:
.
Определяем потери давления на создание скорости:
.
Определяем потери давления на местных сопротивлениях:
,
где - коэффициент местных потерь на заборном устройстве.
; принимаем ;
- коэффициент местных потерь на пиромембране.
; принимаем .
Определяем суммарные потери давления:
.
Расчет потерь в трубопроводе горючего от насоса горючего до КС
Так как расход компонента значительный, то скорость течения жидкости на участке от насоса горючего до камеры сгорания примем равной .
Диаметр трубопровода:
,
Окончательно принимаем .
Пересчитываем скорость течения:
.
Определяем число Рейнольдса:
.
Определяем коэффициент трения:
.
Определяем потери давления на трение:
.
Определяем потери давления на создание скорости:
.
Определяем потери давления на местных сопротивлениях:
где - коэффициент местных потерь на разветвление потока.
; принимаем ;
– коэффициент местных потерь на клапане. Принимаем ;
– коэффициент местных потерь на дросселе. Принимаем ;
Определяем суммарные потери давления:
.
Суммарные потери давления в трубопроводе горючего от ЗУ до КС
.
9.2 Расчёт гидравлических потерь в магистралях окислителя
Расчёт потерь в трубопроводе окислителя от ЗУ до входа в насос
Ранее было получено:
- диаметр трубопровода окислителя от ЗУ до насоса окислителя ;
- скорость горючего в трубопроводе .
Определяем число Рейнольдса:
.
Определяем коэффициент трения:
,
где - средняя шероховатость поверхности трубопроводов диаметром .
Определяем потери давления на трение:
.
Определяем потери давления на создание скорости:
.
Определяем потери давления на местных сопротивлениях:
,
где - коэффициент местных потерь на заборном устройстве.
; принимаем ;
- коэффициент местных потерь на пиромембране.
; принимаем .
Определяем суммарные потери давления:
.
Расчет потерь в трубопроводе окислителя от насоса окислителя до КС
Так как расход компонента значительный, то скорость течения жидкости на участке от насоса окислителя до камеры сгорания примем равной .
Диаметр трубопровода:
,
Окончательно принимаем .
Пересчитываем скорость течения:
.
Определяем число Рейнольдса:
.
Определяем коэффициент трения:
.
Определяем потери давления на трение:
.
Определяем потери давления на создание скорости:
.
Определяем потери давления на местных сопротивлениях:
где - коэффициент местных потерь на разветвление потока.
; принимаем ;
– коэффициент местных потерь на клапане. Принимаем ;
– коэффициент местных потерь на дросселе. Принимаем ;
Определяем суммарные потери давления:
.
Суммарные потери давления в трубопроводе окислителя от ЗУ до КС
.
10. Уточнённый расчёт топливного отсека
Исходные данные:
Длина основной магистрали окислителя (ЗУ - насос) ;
Длина основной магистрали горючего (ЗУ - насос) ;
Диаметр трубопровода горючего от ЗУ до НГ ;
Диаметр трубопровода окислителя от ЗУ до НО ;
Диаметр туннельной трубы ;
Коэффициент объёма воздушной подушки ;
Объём остатков незабора для БГ ;
Объём остатков незабора для БО ;
Рабочий объём горючего ;
Рабочий объём окислителя ;
Диаметр ступени .
Выполнение расчёта:
Из расчёта, выполненного в пункте 3.2, возьмем следующие данные:
- радиус сферы верхнего и нижнего днищ баков;
- высота верхнего и нижнего днищ баков;
- объём сферического сегмента днищ.
Рис.14. Расчётная схема бака горючего
Бак горючего
Объём топлива в трубопроводе горючего:
.
Объём горючего, находящегося в баке:
.
Объём горючего в нижнем сферическом сегменте БГ с учётом объёма туннельной трубы:
Высоту цилиндрической части бака горючего вычислим с помощью итераций:
Получим: .
Полная высота бака горючего:
.
Объём туннельной трубы:
.
Полный объём бака горючего:
Полный объём заправляемого горючего:
.
Объём горючего в цилиндрической части БГ с учётом объёма туннельной трубы:
.
Объём горючего в верхней сфере БГ с учётом объёма туннельной трубы:
.
Объём воздушной подушки:
.
Высота воздушной подушки от верхнего полюса бака:
Получаем: .
Высота зеркала горючего от нижнего полюса бака:
Бак окислителя
Объём топлива в трубопроводе окислителя
.
Объём горючего, находящегося в баке:
.
Полный объём бака окислителя:
.
Полный объём заправляемого окислителя:
.
Высота цилиндрической части бака окислителя:
.
Полная высота бака окислителя:
.
Объём воздушной подушки:
.
Высота воздушной подушки от верхнего полюса бака:
Получаем: .
Высота зеркала горючего от нижнего полюса бака:
.
11. Расчёт элемента автоматики
Расчёт проводится согласно [4].
Дренажно-предохранительные клапаны предназначены для защиты ёмкостей и полостей системы от воздействия чрезмерного давления газа, превышающего допустимое значение. Основными параметрами ДПК являются давление , при котором гарантируется допустимая негерметичность клапана, и давление , при котором клапан пропускает заданный расход газа .
Расход газа через ДПК:
,
где - коэффициент расхода;
- площадь проходного сечения;
- диаметр седла клапана;
- высота подъёма тарели клапана над седлом;
- величина, которая зависит от характера истечения газа через лапан и определяется соотношением входного и выходного давлений.
Для сверхкритического режима истечения:
и .
Для улучшения характеристик ДПК относительная высота подъёма его тарели над седлом выбирается из условия .
Рис.15. Расчётная схема ДПК
Исходные данные:
Коэффициент адиабаты для кислорода ;
Полное давление газа на входе в клапан ;
Газовая постоянная газа наддува ;
Температура газа на входе в клапан;
Массовый секундный расход газа через клапан ;
Усилие, развиваемое электромагнитом ДПК .
Выполнение расчёта:
.
Определяем эквивалентный диаметр седла клапана:
,
Где .
Определяем площадь проходного сечения клапана:
.
Определяем высоту подъёма клапана:
.
Принимаем: .
Уточняем эквивалентный диаметр:
.
Определяем диаметр седла клапана:
,
где - диаметр штока; принимаем.
Принимаем:
Уточняем проходную площадь клапана:
.
Определяем жёсткость пружины клапана: