Минобрнауки россии
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
Институт высокоточных систем им. В.П. Грязева
Кафедра «Газовая динамика»
Методические указания по выполнению контрольно-курсовоЙ работы
по дисциплине
«Основы баллистики и аэродинамики»
Направление подготовки: 170100 «Боеприпасы и взрыватели»
Профиль подготовки – специализация «Боеприпасы»
Квалификация (степень) выпускника: специалист
Форма обучения: (очная)
Тула 2012 г.
Методические указания по выполнению контрольно-курсового проекта (работы) составлены доцентом М.С.Воротилиным и обсуждены на заседании кафедры «Газовая динамика» Машиностроительного факультета института высокоточных систем им. В.П. Грязева
протокол №___ от "___"____________ 20___ г.
Зав. кафедрой________________ А.Н. Чуков
Методические указания по выполнению контрольно-курсового проекта (работы) пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Газовая динамика» факультета Машиностроительного факультета института высокоточных систем им. В.П. Грязева
протокол №___ от "___"____________ 20___ г.
Зав. кафедрой________________ А.Н. Чуков
Контрольно – курсовая работа «Расчет энергетических параметров рдтт»
1. Цель и задачи
Целью контрольно-курсовой работы является усвоение и закрепление студентами знаний, полученных при изучении курса «Внутренняя баллистика», путем решения часто встречающихся прикладных задач. В данных методических указаниях рассматриваются две задачи, связанные с расчетом и проектированием ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).
2. Теоретические сведения
2.1. Определение основных энергетических характеристик рдтт
Ракетный двигатель является тепловым двигателем, преобразующим химическую энергию твердого топлива в кинетическую энергию корпуса двигателя (рис. 1).
Важнейшей характеристикой рабочего процесса РДТТ являются: давление в камере сгорания, от которого зависит тяга двигателя, прочность корпуса и т. д.
Рассчитать кривую давления в камере можно, решая с помощью ЭВМ систему дифференциальных уравнений, описывающих внутри-камерные процессы. Однако на практике часто бывает достаточно определить стабильное давление в камере рСТ, соответствующее наиболее продолжительному периоду работы двигателя.
Стабильное давление в камере для заряда с постоянной поверхностью горения (см. рис. 1) легко определяется из уравнения
где m - масса рабочего тела в камере сгорания, t - время.
Рис. 1. Схема РДТТ с вкладным одноканальным зарядом
При
степенном законе скорости горения
,
стационарное давление определяется
(1):
(1)
При
линейном двучленном законе скорости
горения
(2):
(2)
где
u1,
u0
- коэффициенты в законе скорости горения;
- плотность топлива; S1
- площадь горящей поверхности заряда;
fР
- приведенная сила топлива;
- коэффициент, учитывающий тепловые
потери;
- коэффициент расхода, учитывающий
несоответствие реального и идеального
расходов газа; FКР
- площадь критического сечения сопла;
где k - отношение теплоемкостей газа.
Важнейшей энергетической характеристикой реактивного двигателя является тяга, которая при расчетном режиме работы сопла определяется (3):
(3)
где
- коэффициент, учитывающий трение газа
о стенки сопла и неодномерность потока
в сопле; рН
— наружное давление.
Другой важнейшей характеристикой реактивного двигателя является импульс тяги, величина которого определяет скорость снаряда в конце активного участка траектории:
(4)
где tК - время работы двигателя.
Для двигателя, снаряженного зарядом с постоянной поверхностью горения, время работы двигателя можно приближенно определить:
(5)
где е1 - начальная толщина горящего свода топлива, u(рCT) - скорость горения топлива при давлении равном рСТ.
Тогда импульс тяги можно оценить:
(6)
Для сравнения качества спроектированных двигателей применяются следующие характеристики:
- удельный импульс топлива:
(7)
- удельный импульс двигателя:
(8)
- удельный импульс реактивного снаряда:
(9)
Здесь
- масса заряда, двигателя, реактивного
снаряда соответственно; qКВ
- масса корпуса двигателя, qБЧ
- масса боевой части.