Тема 5 Основные типы зарядов рдтт и методы расчета выгорания зарядов (2ч).

• Связь геометрии зарядов с характеристиками РДТТ;

• Основные типы зарядов РДТТ и область их применения;

• Геометрический метод расчета выгорания зарядов;

• Применение ЭВМ к расчету выгорания зарядов.

Связь геометрии зарядов с характеристиками РДТТ.

1. Геометрия зарядов определяет форму поверхности горения, от которой оттекают газообразные продукты сгорания.

2. В основе расчетов давления в камере сгорания лежит соотношение между поверхностью горения и площадью критического сечения сопла: Р_к = В ( ; В и V – константы.

3. Поскольку площадь критического сечения сопла практически всегда задана, то остается подобрать такую поверхность горения, которая соответствовала бы заданному давлению или закону изменения давления.

4. Выбрать форму заряда – это искусство. Обычно, с целью сохранения параметров стараются выбрать такую форму, чтобы кривая давления была постоянной от времени.

5. Часто требуется для сохранения постоянства тяги спегральные законы: Р = G* + F_a(P_a – P_н). Расчетный режим работы сопла предполагает постоянство (P_a – P_н), тогда, если с высотой полета уменьшается Р_н, то Р_а тоже должно уменьшаться. Кривая должна быть дегрессивой.

6. Многорежимные двигатели, предполагающие форсаж, должны иметь прогрессивную форму.

7. Таким образом режим определяется площадью горения заряда Р_к~ ; для сухого из топлив Р_к~ . Это означает, что изменение давления происходит медленнее, чем изменяется площадь.

8. В зависимости от назначения заряды бывают различными. Они могут сильно отличаться по форме и по размерам. Например, заряд двигателя первой ступени во много раз по габаритам превышает заряд сигнальной ракеты:

Основные типы зарядов РДТТ и область их применения.

1. РДТТ применяются во всех классах современных ракет военного назначения.

2. Они используются в народном хозяйстве.

3. Ракеты малых тяг (РДМТ) имеют тягу от 0,01 Н до 1,6 кН.

4. Тяга двигателей с диаметром 3; 4,5; 6,5 достигает МН.

5. По выполняемым функциям двигатели различают на:

- создающие тягу;

- создающие управляющие усилия и моменты;

- двигатели для экспериментальных и технических целей.

6. Каждый из двигателей предпочитает свою форму зарядов.

7. Заряд проектируется и далее обрабатывается с учетом минимальных габаритных размеров двигателя. Предельный диаметр, предельная длина.

8. Очень важен параметр заполнения двигателя. Должно быть как можно меньше пустых полостей. Коэффициент заполнения.

9. По способу снаряжения в камеру сгорания РДТТ заряды могут быть двух типов: вкладные и скрепленные с корпусом. (Прогноскрепление).

10. Вкладной заряд после приготовления помещается в корпус двигателя и закрепляется в нем различными способами в зависимости от конструкции.

11. ВЗ может быть выполнен в форме моноблока или состоять из нескольких шашек трубчатого стиля.

12. Поверхность вкладного заряда, не предназначенная для горения, может быть забронирована путем нанесения бронирующего покрытия.

13. Моноблочный заряд может быть безканальный или иметь центральный канал в виде глазного цилиндра, многолучевой звезды и др.

14. Заряды вкладного стиля используются в основном в двигателях систем ближнего боя тактических и некоторых видов оперативно-тактических ракет.

15. Они широко применяются в газоренераторах, аккумуляторах давления, двигателях специального назначения, а так же ракет космического назначения.

16. Прочноскперленный заряд изготовляется методом заливки топливной массы непосредственно в корпусе РДТТ.

17. Скрепление заряда с корпусом осуществляется при помощи спиральных защитно-крепящих слоев (ЗКС).

18. Крепящий состав до полимеризации представляет собой жидкую комбинацию, состоящую из оптомера с наполнителем.

19. В качестве защитного слоя используют двухслойный материал, состоящий из резины, армированной астболавсановой или капроновой нитью.

20. Конструкция или форма заряда, размеры, тип топлива и его масса выбираются из условия обеспечения заданных внутрибаланстических, энергетических и эксплуатационных параметров, уровня нагрузок, особенностей нахождения изделия в предстартовый период и функционирования в полете.

21. Реальные двигатели, как правило, имеют сложную форму. Первая ступень Минитмен имеет заряд из двух частей, одна из которых звездообразная.

22. Вторая ступень Трайдент имеет щелевой участок называемый сопловым блоком (МБР-межконтинентальной ракеты).

23. Широкое применение находят заряды малого удлинения. Для таких зарядов … каналы не эффективны. Используют глухой канал.

24. Заряд также может содержать щели, проточки, звезды, конусы, цилиндры, открытые торцы.

25. Коэффициент заполнения двигателей топливом может достигать 0,94 … 0,96.

26. Часто применяются в апогейных двигателях.

Геометрический метод расчета выгорания зарядов.

1. Задача выгорания зарядов сводится всегда к геометрической, целью которой является нахождение площадей поверхностей горения на каждом своде.

2. Сводом (е) будем называть элементарное линейное продвижение поверхности заряда по отношению к предыдущей поверхности по направлению нормали к ней.

3. В виду сложности форм зарядов РДТТ не всегда, а весьма редко можно получить зависимость S(e) аналитически, то есть в конечном виде.

4. Характерные виды разгаров зрядов:

А) Разгар плоскости: поверхность последующего слоя всегда параллельна предыдущей поверхности.

Б) Разгар цилиндра и сферы: поверхности не меняют формы и они эквивалентны.

В) Разгар внешнего угла: ломаная поверхность эквивалентно перемещается относительно предыдущей.

Г) Разгар внутреннего угла: эквивалентная поверхность формируется из набора плоскостей и цилиндров. Если тело осесимметричное, то из набора цилиндров и торов.

Д) Разгар вблизи стенки: при достижении стенки (бронировки) кривая разряда обрывается. Как правило угловые эффекты не учитываются.

Е) Разгар двухсоставного заряда: внимание! Требуется специальная методика, учитывающая взаимное выгорание зарядов. Задача из геометрической превращается в физическую.

Два вида зарядов, дающих точное решение с постоянной во времени поверхностью горения.

1. Торцевой заряд твердого топлива. Все поверхности цилиндрического заряда забронированы кроме одной торцевой. S₀ = В этом сечении S₀ = S_i = const. Значит Р_к = const и не зависит от времени.

2. Заряд параллельного горения. Это параллельный цилиндрический заряд, бронированный по торцам: S₀ = π(d₀ + D₀)*L₀; d = d₀ + 2Uτ; e = Uτ. D = D₀ - 2Uτ; L = L₀. S = π(d + D)*L = π(d₀ + 2Uτ + D₀ - 2Uτ) *L₀ = π(d₀ + D₀)*L₀ = S₀; S = S₀ ―› Р_к = const.

3. Разновидность - коаксиальный заряд. Это заряд, состоящий из двух коаксильных цилиндров с бронированными торцами и боковыми поверхностями.

4. Все остальные заряды:запальные, звездообразные, с щелями, …, … … по времени поверхности горения.

5. В реальности заряды подбираются по прототипам, а потом мучительно отрабатываются.

Применение ЭВМ к расчету выгорания зарядов.

1. Расчет на ЭВМ постоянно сопровождает процесс проентирования зарядов.

2. Существуют различные способы расчетов. По многом они стремятся на апроксимации. Сложные элементы заменяются цилиндрами, сферами, плоскостями. Такие расчетные методы дают существенную погрешность.

3. М. П. Филимонов разработал программу ГЕОМЕТРИЯ, где решил задачу точно.

4. Программная геометрия позволяет решать задачу выгорания практически многих осесимметрических зарядов.

5. Поверхность заряда антромиксируется мелкими треугольниками, что дает возможность описать любые формы.

6. Программа позволяет преодолевать особенности конструкции.

7. Она учитывает взаимное влияние заряда и камеры сгорания. При необходимости учитывает все эффекты горения (эрозионное…)

8. Основные достижения программы – это завис S(e) .

Точное проектирование зарядов (ТПЗ)

1. ТПЗ – базируется на программе геометрия.

2. Разработана новая программа МК-геометрия.

3. Новая программа основана не на методе погашения дефицита горящей поверхности.

4. По кривой выгорания S(e) выстраивается кривая дефицита ∆S = (S_(e) – S₀). (прототипа)

5. Строится коррелирующая зависимость с применением цилиндрической поверхности ∆S(e) = πdx

6. Заряд далее коррентируется – добавляется – изымается часть заряда.

Лекция 7