- •Тепловой расчёт, определение параметров и оценка прочности камеры сгорания жидкостных ракетных двигателей методические указания
- •160700.65 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей»
- •1. Цикл жрд
- •1.2 Удельный расход топлива
- •2.Основные законы и уравнения термодинамики для сверхзвукового сопла.
- •2. Расчёт и проектирование камеры.
- •2.1 Термодинамический расчёт
- •2.2 Исходные данные для термодинамического расчёта.
- •2.3 Уравнение теплового баланса.
- •2.4 Уравнение материального баланса.
- •2.5 Уравнение баланса парциальных давлений.
- •2.6 Уравнение химического равновесия.
- •2.8 Определение коэффициентов потерь.
- •2.9. Расчёт основных параметров камеры.
- •Равновесный состав п.С. В к.С. И на срезе сопла.
- •Парциальные давления п.С. В к.С. И на срезе сопла.
- •Результаты термодинамического расчёта.
- •3. Определение размеров камеры сгорания.
- •3.1 Профилирование сверхзвуковой части сопла и выбор профиля для входной части.
- •Геометрические размеры камеры
- •4. Элементарная теория сверхзвукового сопла
- •4.1 Критический перепад давления
- •4.2 Изменение параметров газового потока по длине сопла
- •4.3 Теплосодержание топлива и продуктов сгорания
- •4.4 Система отсчёта полных теплосодержаний .
- •5. Тепловой расчёт жрд по диаграмме. Полное теплосодержание - энтропия.
- •5.1 Определение объема камеры сгорания по условному времени пребывания
- •5.2 Определение объема камеры сгорания по приведенной длине
- •Методические указания
- •160700.65 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей»
- •В авторской редакции Компьютерный набор м.А. Любинецкого, м.В. Сиговой
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
5. Тепловой расчёт жрд по диаграмме. Полное теплосодержание - энтропия.
Тепловой расчёт камеры сгорания производят через определение состава и температуры газов в камере, на срезе сопла, удельной тяги и критического и выходного размеров сопла.
Тепловой расчёт камеры сгорания также можно производить с использованием диаграмм [2] полное теплосодержание - энтропия ( Iп - S -диаграммами). Диаграммы рассчитаны для определённых топлив (горючего , окислителя и их соотношения). На рис приведена диаграмма для топлива (этиловый спирт + жидкий кислород). для наглядности и простоты определения параметров камеры сгорания рассмотрим пример.
5.1 Пример. Определить расход топлива и характерные размеры сверхзвуковой камеры ЖРД для получения тяги P =30т. при H0 и следующих показателях процесса горения в камере:
-горючее - этиловый спирт -С2H5OH окислитель -жидкий кислород O2
-параметры горения камеры -T2 =3000абс, P2 =30ата.
По энтропийной диаграмме, рассчитанной с учётом диссоциации для этилового спирта и жидкого кислорода, имеем для заданных параметров горения (P2 и T2) точку 2 -пересечения изотермы T2 =3000абс и изобары P2 =30ата с теплосодержанием - I =300 , энтропией S2 = 0,85 и удельным объёмом υ2 =0,4
Линией изоэнтропического расширения в этой диаграмме будет вертикальна линия
S2 =const, то есть S = 0,85 = S2. Пересечение этой вертикали с изобарой заданного давления P3 =1ата на срезе сопла ( высота H0 ) даёт точку 3 расширения, определяющую состояние продуктов сгорания на срезе сопла и её параметры T3= 1800абс, удельный объём υ3 =12 и теплосодержание I =1050 . По этим данным можно посчитать теоретическую удельную тягу, секундный расход топлива и значения проходных сечений сопла.
Из значений теплосодержаний в точках 2 и 3 находим перепад теплосодержаний в камере ∆Iп = I - I = 1050 - 300 = 750 .
Из уравнения (2) закона сохранения энтропии для скорости истечения из сопла определяем её значение
ω3 = 91,5√∆Ig =91,5√750 = 2505м/с
Из выражения (16) имеем соотношение для нахождения Pк
= δк =( ) , где nиз = 1,15 (μ3 =μ2 =μ∑ =23)
= δк =( ) = =0,57
Рк =Р2 ∙0,57 =30∙0,57 =17,1ата
f = = , находим далее Pуд.теор
Pуд.теор = = , находим из (19) и (20)
расход топлива, площадь и радиус среза сопла.
Gтеор= = =117,48кг/сек
f3 теор = G f = 117,48∙0,000403 = 0,047м2 =470см2 (R3 =12.2см)
Из рис находим зависимость удельной тяги Pуд от комплекса параметров β = =175 из (18) находим для отношение =6, то есть fкр =470/6 =78,3 (Rкр=5см)
рис.7
рис.8
5.1 Определение объема камеры сгорания по условному времени пребывания
Условное время пребывания топлива и продуктов сгорания в камере определяется выражением (3.3) [3] :
Подставив значении плотности продуктов сгорания , найденное из уравнения состояния, получим
(5.5)
Откуда находим расчетное выражение
(5.6)
Для камеры с постоянной площадью отношение практически постоянно. Исследуя уравнение (5.5) и пренебрегая влиянием давления на , мы видим, что для данного топлива в первом приближении (без учета влияния на процессы преобразования) величина не зависит от давления (или от расхода топлива). Значение зависит от вида применяемого топлива в качестве смесеобразования. Для различных топлив необходимая величина определятся экспериментально и находится в пределах
При больших давления величина принимает значение ближе к нижнему пределу. При выборе необходимо также учитывать схему двигательной установки. В двигательных установках с дожиганием часть топлива (или все топливо по схеме «газ + газ») распыляется и частично сгорает в газогенераторе еще до поступления в камеру сгорания, а в камере происходит дожигание топлива. Поэтому для двигательных установок с дожиганием надо брать в 1,3 – 1,8 раза меньше, чем для двигателей без дожигания.