Содержание

Введение 5

1 Задание на проектирование. Исходные данные 6

2 Выбор прототипа проектируемого двигателя. Описание состава и работы схемы ПГС ЖРД на установившемся режиме 7

3 Условная оптимизация соотношения компонентов по максимальному пустотному удельному импульсу 10

3.1 Расчёт стехиометрического соотношения компонентов 10

3.2 Подготовка данных, расчёт и построение графиков в зависимости от и при различных допущениях о равновесности процесса 12

4 Проектирование проточной части сопла 15

4.1 Сопло с конической сверхзвуковой частью с оптимальным

углом раскрытия 18

4.2 Сопло с профилированной сверхзвуковой частью 23

4.2.1 Профилирование сверхзвуковой части сопла 23

4.2.2 Расчет коэффициента профилированного сопла 23

5 Расчёт основных параметров и размеров камеры двигателя

с учётом потерь 25

6 Расчет и построение характеристик камеры 26

6.1 Дроссельные характеристики 26

6.2 Высотные характеристики 29

6.2.1 Высотные характеристики в функции от давления окружающей среды 29

6.2.2 Высотные характеристики в функции высоты полета (глубины хода) 32

7 Расчёт и построение графика распределения равновесных массовых концентраций основных составляющих рабочего тела по длине сопла 33

8 Научно-исследовательская часть проекта. Математическое моделирование предельного влияния скорости химических реакций в рабочем теле 34

8.1 Подготовка данных, расчёт и построение распределения параметров рабочего тела по длине профилированного сопла при различных допущениях о скоростях химических реакций в потоке 34

8.1.1 Равновесное течение 34

8.1.2 Частично замороженное течение 35

8.1.3 Замороженное течение 36

8.2 Анализ особенностей распределения параметров по длине проточной части камеры при разных моделях течения и объяснения причин их появления с учётом изменения состава рабочего тела 37

8.3 Оценка возможных потерь на неравновесность течения в сопле двигателя 39

9 Выводы. Сравнение результатов проектирования с параметрами

двигателя - прототипа. Анализ причин рассогласования 40

Литература 42

Приложения 43

Приложение А. Результаты расчетов по условной оптимизации соотношения компонентов 43

Приложение Б. Результаты расчетов распределений параметров рабочего тела по длине проточной части камеры в равновесном приближении 89

Приложение В. Результаты расчетов распределений параметров рабочего тела по длине проточной части камеры в приближении Брея 99

Приложение Г. Результаты расчетов распределений параметров рабочего тела по длине проточной части камеры в приближении полностью замороженного

течения 105

Приложение Д. Результаты расчетов распределения состава основных составляющих рабочего тела по длине сопла в равновесном приближении

(в массовых долях) 114

Введение

Проект примерно соответствует стадии научных исследований, когда опре­деляются принципиальная возможность выполнения технического задания, облик и основные характеристики ракетного двигателя, оцениваются условия и возможности его наземной отработки. Эта стадия предшествует выработке технического предложения при реальном проектировании ракетного двигателя.

В качестве исходных данных заданы компоненты топлива и основные номинальные параметры проектируемого двигателя.

На начальном этапе выполнения проекта используются знания и формируются навыки их приложения к определению ос­новных параметров двигателя как тепловой машины. При этом одновременно формируется мотивация изучения кон­кретных разделов теории, потребность в которых возникает в про­цессе выполнения проекта.

Актуальность темы заключается в обучении основным принципам и методам теоритического описания характеристик ракетного двигателя, а также наиболее общим подходам к количественным оценкам возможных видов преобразования энергии и достижения требуемых параметров ракетного двигателя.

Разработка двигателя РД-220, взятого за прототип, начатая в 1960 г., была прекращена в том же году в связи с выявившейся необходимостью создания двигателей большей тяги.