РЕФЕРАТ

Пояснительная записка: 123 с, 21 рисунок, 10 таблиц, 15 источников,

3 приложения.

Графическая часть: 10 листов формата А1.

ЖИДКОСНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ОКИСЛИТЕЛЯ, УДЕЛЬНЫЙ ИМПУЛЬС ТЯГИ, СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА, ЦЕНТРОБЕЖНО-ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ФОРСУНКА, ОРЕБРЕНИЕ, КОЛЛЕКТОР, ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ

Объектами разработки являются конструкция камеры, компоновочная схема и пневмогидравлическая схема двигателя.

В процессе работы произведён выбор системы подачи, схемы и основных параметров системы, характеризующих совершенство процессов в камере сгорания и сопле, проведен тепловой расчет камеры, определены параметры системы подачи, выполнено профилирование внутреннего контура камеры.

Разработана конструкция камеры, компоновочная схема и ПГС. Проведены расчеты по оребрению камеры, а также расчеты элементов камеры на прочность.

Рассмотрены вопросы с экономической обоснованностью технического решения проектируемого двигателя и вопросы безопасности жизнедеятельности применительно к процессу проектирования жидкостного ракетного двигателя.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ ……...........7

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………...9

1 ВЫБОР СИСТЕМЫ ПОДАЧИ, СХЕМЫ И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ……………………………………………………...………....10

1.1 Выбор системы подачи и схемы двигателя…………………………......10

1.2 Выбор величины давления в камере сгорания и в выходном сечении сопла……………………………………………………………………….…..11

1.3 Выбор коэффициента избытка окислителя……………………………...11

1.4 Выбор и определение коэффициентов, характеризующих совершенство процессов в камере сгорания и сопле……….............................................19

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КАМЕРЫ ……………………………………………25

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ПОДАЧИ ……...…………31

4 ПРОФИЛИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕГО КОНТУРА КАМЕРЫ ………....38

4.1 Определение объёма камеры сгорания и её основных геометрических размеров……………………………………….…………………………..…...38

4.2 Профилирование контура сверхзвуковой части сопла…………………40

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДОГРЕВА РАБОЧЕГО ТЕЛА В ТРАКТЕ ОХЛАЖДЕНИЯ КАМЕРЫ. ВЛИЯНИЕ НЕАДИАБАТНОСТИ ПРОЦЕССА………………………………………………...……………...……43

5.1 Подогрев рабочего тела в тракте охлаждения………………………..…43

5.2 Влияние неадиабатности процесса на I_y………………...…………........45

6 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ ЖРД ……….46

6.1 Выбор формы, типа и конструктивной схемы смесительной головки………………………………………………………………………...46

6.2 Дополнительные устройства, располагаемые на смесительной головке камеры……………………………………..………..……………………..…..46

6.3 Выбор типа форсунок………………………………………...…………..47

6.4 Выбор схем расположения форсунок на смесительной головке……………………………………………………………………..…..47

6.5 Массовые расходы компонента………………………………….………48

6.6 Расчет двухкомпонентной центробежно - центробежной форсунки …49

6.6.1 Упрощенный гидравлический расчет наружного контура двухкомпонентной центробежно-центробежной форсунки …….…..….49

6.6.2 Поверочный расчет двухкомпонентной центробежно-центробежной форсунки ……………………………………………….…50

7 ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ……………………….……54

7.1 Циклограмма запуска – останова двигателя…………………………….57

7.2 Компоновочная схема двигателя ……………………………………....58

7.3 Конструкция камеры……………………………………………………....59

7.4 Расчёт теплозащиты элементов камеры ………………………………...590

7.4.1 Выбор системы теплозащиты элементов камеры и вида охладителя…………………………………………………………………60

7.4.2 Подготовка данных для расчёта системы проточного охлаждения на ЭВМ ……………………………………………………………..……..61

7.4.3 Проектирование оребрения стенки камеры и определение коэффициента эффективности оребрения …………………………….....63

7.4.4 Расчет температуры стенки с учетом оребрения ……..…….…...68

7.4.5 Расчёт входного патрубка и коллектора охладителя………………680

8 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ КАМЕРЫ …...………...............72

8.1 Расчёт прочности смесительной головки73

8.1.1 Расчёт на прочность форсуночного блока днищ 73

8.2 Расчет прочности корпуса76

8.2.1 Расчет общей прочности камеры 76

8.2.2 Расчет на прочность сварного шва 77

8.2.3 Расчет местной прочности камеры 78

9 ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ КАМЕРЫ ДВИГАТЕЛЯ .…….82

10 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СБОРКИ КАМЕРЫ…...…………………..83

11 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УЗЛОВ КАЧАНИЯ КАМЕРЫ……..84

11.1 Разработка узлов качания камеры 84

11.2 Расчет на прочность цапфы 85

12 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ КОНСТРУКЦИИ КАМЕРЫ РУЛЕВОГО АГРЕГАТА НА ОСНОВЕ ЖРД 11Д55 …..………87

12.1 Оценка стоимости и структуры затрат на разработку двигателя…...88

12.1.1 Оценка затрат на этапе создания ЖРД…………………………..88

12.1.2 Определение структуры затрат на разработку ЖРД……………89

12.2 Определение размера экономии на стадии проектирования………..90

12.2.1 Затраты на проектирование без использования информационных технологий………………………………………………………………....90

12.2.2 Затраты на проектирование с использованием информационных технологий……………………………………………………………..….91

12.3 Определение размера экономии на стадии изготовления…………...94

12.4 Расчет размера экономии на стадии испытаний…………………..…95

12.5 Определение общего размера экономии от использования информационных технологий……………………………………………....95

13 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ….…………………….…97

13.1Факторы, воздействующие на конструктора при работе за ПЭВМ…………………………………………………………………..……..97

13.2 Анализ опасных и вредных факторов, возникающих при работе на компьютере и мероприятия, обеспечивающие снижение их отрицательного влияния ……………………………………………………………..…………98

Заключение………………………………………………….…………............118

Список использованных источников….…….…..…………………….……...119

Приложения А…………………………………………………………............121

Приложения Б……………………………………………………………….....122

Приложения В……………………………………………………………….…123

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

Обозначения

А - геометрическая характеристика центробежной форсунки;

D, d - диаметр, м;

F - площадь, м²;

Н - шаг между форсунками, м;

- удельный импульс, м/с;

K_m, K_m° - массовое и массовое стехиометрическое соотношение компонентов топлива; L, 1 - длина, м;

n - средний показатель изоэнтропы;

Р - тяга, кН;

р - давление, МПа;

Ro - универсальная газовая постоянная, W - скорость рабочего тела, м/с; z - степень укорочения сопла; а_ок - коэффициент избытка окислителя; β- расходный комплекс, м/с;

ε– степень расширения газа в сопле;

λ- приведенная скорость;

π- степень расширения газа в турбине;

ρ- плотность,

τ- время, с.

Сокращения

ГГ - газогенератор;

ДУ - двигательная установка;

ЖРД - жидкостный ракетный двигатель;

ЛА - летательный аппарат;

ОС - окружающая среда;

ПДК – предельно допустимая концентрация;

Индексы

а - выходное сечение сопла;

г - горючее;

кс - камера сгорания;

маг - магистраль;

ок - окислитель;

опт - оптимальный;

п - пустотный;

пр - пристеночный;

р - расчетный;

с - вход в сопло;

т - топливо, турбина;

t - теоретический;

ф - форсунка;

я - ядро;

* - критическое сечение.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время ведется интенсивное освоение космического пространства. Это требует разработки новых ракетных двигателей различных типов, как маршевых, так и вспомогательных, в широком диапазоне тяг.

С помощью современных космических аппаратов различного назначения решается комплекс народно-хозяйственных, военных и научно-технических задач. Дальнейшее эффективное освоение космического пространства требует разработки более надежных и экономичных РД с параметрами и характеристиками, позволяющими быть конкурентоспособными на мировом рынке.

Для выполнения основных требований задания, выбирается соответст­вующая схема двигателя, система подачи и охлаждения, величина давления в выходном сечении сопла, значение коэффициента избытка окислителя, допус­тимый уровень потерь в камере сгорания, сопле.

Результаты проектных расчетов используются в качестве исходных дан­ных для детального проектирования двигателя, а также отдельных его узлов и систем. Детальное проектирование может потребовать корректировки данных проектного расчета. В этом случае вносятся изменения в значения па­раметров, принятых предварительно, и расчет уточняется.