4.2 Расчет топливного отсека первой и второй ступени

Исходные данные

Масса горючего 1-ой и 2-ой ступени

Плотность горючего

Масса окислителя 2-ой ступени

Плотность окислителя

Диаметр ракеты

1. Расчет баков окислителя 1-ой и 2-ой ступеней

Полный объем бака окислителя

где - объем заправленного окислителя;

- относительный объем бака, который занимает газовая подушка. В дальнейшем относительный объем бака, который занимает газовая подушка, уточняется с учетом способа наддува бака, температуры газов наддува и других параметров. Принимаем

Рис.4. Расчетная схема топливного бака

- объем, занимаемый деталями и другими узлами, расположенными внутри бака.

Примечание. На начальном этапе проектирования объем, занимаемый внутренними деталями , принимается равным нулю. После того, как становятся известными объемы деталей, располагаемых внутри бака, общий объем бака подсчитывается более точно и в соответствии с этим уточняется значение длины цилиндрической обечайки бака.

Принимаем

Объем заправляемого в бак окислителя

,

где - масса заправляемого окислителя.

Масса заправки окислителя

где - масса горючего, расходуемая при полете первой ступени ракеты;

- добавочная масса горючего заправляемого в ракету;

где - достартовый расход окислителя;

- гарантийный запас окислителя;

- остатки недозабора окислителя;

- масса окислителя, расходуемая на наддув баков;

- масса окислителя, необходимого для заливки двигателя.

Таким образом, добавочная масса окислителя заправляемого в ракету равна

где

Принимаем

Масса заправки окислителя в топливный бак

Объем заправленного в бак окислителя

Полный объем бака окислителя

Принимаем, что верхнее и нижнее днища баков горючего и окислителя первой и второй ступени имеют одинаковую сферическую форму и размеры.

Радиус сферического днища бака

где

Геометрический объем бака окислителя

где - объем цилиндрической части бака окислителя;

- объем сферического днища бака окислителя.

Высота днища бака окислителя

Объем бака окислителя

Высота цилиндрической части бака окислителя

Полная высота бака окислителя

2.Расчет бака горючего 1-ой и 2-ой степеней

Добавочная масса горючего заправляемого в ракету

где

Принимаем

Масса заправки горючего в топливный бак

Объем заправленного в бак горючего

Рис.5. Расчетная схема бака горючего

Аналогично баку окислителя выбираем- относительный объем бака, который занимает газовая подушка, для бака горючего. Принимаем

Полный объем бака горючего

Геометрический объем бака горючего

Откуда

Длина бака горючего

Полная длина топливного отсека второй ступени

4.3 Расчет габаритных размеров двигательной установки первой и второй ступени

Исходные данные

Тяга 1-ой и 2-ой ступени

Давление в камере сгорания 1-ой и 2-ой ступени

Давление на срезе 1-ой и 2-ой ступени

Удельный импульс тяги на Земле и в пустоте

Температура горения топлива

Газовая постоянная

Показатель адиабаты

Диаметр критического сечения первой и второй ступени

где - расход топлива через одну камеру сгорания

- коэффициент, зависящий от термодинамических свойств топлива

Диаметр на срезе сопла первой и второй ступени по формуле

где

Диаметр камеры сгорания первой и второй ступени

Радиус кривизны контура сопла первой и второй ступени по формуле

где - угол на срезе сопла, принимаем

- угол раскрытия сопла, принимаем

- линейные участки контура сопла;

- радиус среза сопла;

- радиус критики.

Тогда

.

Длина сверхзвуковой части сопла первой и второй ступени

Длина входа в сопло первой и второй ступени

Высота головки камеры сгорания первой и второй ступени

Длина цилиндрической части камеры сгорания первой и второй ступени

Длина двигателя первой и второй ступени

Длина двигательной установки первой и второй ступени

С учетом проведенного расчета и резервирования места под установку ТНА принимаем длину хвостового отсека первой и второй ступени равной

Рис.6. Расчетная схема камеры сгорания двигателя второй ступени