Приложение а Проектирование и проектный расчёт заряда рдтт
При большом многообразии возможностей применения РДТТ включает в себя несколько основных узлов [6], к ним можно отнести (рисунок А.1):
корпус двигателя 1;
заряд твёрдого топлива 2;
сопловой блок 3;
систему воспламенения 4.
Рисунок А.1 – Схема РДТТ
Приступая к проектированию РДТТ, конструктор из совокупности общих и специальных требований должен выбрать принципиальные положения, которые будут определять конструктивно-компоно-вочную схему двигателя. К ним в первую очередь относятся: тип твёрдого топлива, форма заряда, конструкция соплового блока. При этом должны быть обеспечены:
заданные энергомассовые характеристики;
временные и внутрибаллистические параметры работы;
технико-экономическая целесообразность принимаемых технических решений.
Процесс проектирования РДТТ заключается в преодолении ряда противоречий. Так, одновременно предъявляемые требования по максимальному суммарному импульсу тяги при минимальной массе конструкции и габаритных ограничениях определяют необходимость поиска рационального сочетания основных проектных решений.
В РДТТ источник энергии (заряд твёрдого топлива) находится внутри ракетного двигателя и во многом влияет на его конструктивный облик. Формой топливного заряда создается требуемый закон массового прихода продуктов сгорания, и при выбранной скорости горения топлива обеспечивается время работы двигателя. Заряд, как правило, должен исключать непосредственное соприкосновение продуктов сгорания со стенками камеры, обеспечивая минимум дегрессивно догорающих остатков топлива и минимальное смещение центра масс двигателя по мере выгорания топлива в заряде.
Задачей курсового проекта является освоение студентами основных принципов проектирования РДТТ, более углубленно заряда, расчётов его массовых и геометрических характеристик, а также внутрибаллистических параметров и текущей тяги. В практической работе при создании РДТТ подобные расчёты являются базой для разработки исходных данных на более детальную оптимизацию РДТТ в целом и его основных и вспомогательных узлов.
Проектирование РДТТ является итерационным процессом. После выбора конструктивно-компоновочной схемы двигателя в первом приближении выбираются тип топлива, форма заряда и проводится проектный расчёт его характеристик.
Опираясь на эти расчёты, делается оценка прочности конструкции заряда и корпуса, выбирается схема тепловой защиты и её материалы, проектируется система воспламенения, разрабатывается технологический процесс снаряжения РДТТ. Этот итерационный процесс в ходе проектирования может повторяться неоднократно по мере уточнения расчётных параметров отдельных узлов и РДТТ в целом.
При выборе формы заряда обычно используются упрощенная постановка и решение задач расчёта параметров РДТТ: скорость продуктов сгорания полагается близкой к нулю, изменение давления по длине камеры не учитывается, и вводится осреднённое по всему свободному объёму камеры сгорания давление. При расчёте параметров двигателя на установившемся режиме приближённо используются уравнения процессов в стационарной форме. Получающаяся при этом погрешность по сравнению с точными методами расчёта незначительна [36].
Проектные работы завершаются выпуском проектного документа (технического предложения, эскизного проекта, технического проекта).
Последовательность и методика первичных расчётных работ по заряду при проектировании РДТТ и изложены в настоящем Приложении А [9].
А.1 Типовая диаграмма изменения давления в камере РДТТ в период его работы
Рабочий процесс в РДТТ начинается с подачи электрического напряжения на пиропатрон. Форс пламени от пиропатрона обеспечивает зажигание воспламенительного состава. Массовый приход продуктов горения в свободный объём РДТТ от системы воспламенения обеспечивает прогрев топливного заряда и его зажигание. Воспламенение топливного заряда происходит в момент времени, когда в поверхностном слое заряда будут достигнуты температура и градиент температур, соответствующие некоторым критическим условиям, обеспечивающим устойчивое горение топлива.
Распространение пламени по поверхности заряда в зависимости от условий зажигания и геометрии РДТТ может происходить со скоростями до 300 м/с [2].
Типовое изменение давления р в камере РДТТ как функция времени его работы приведено на рисунке А.2.
р
0 1 2 3 4
0 – начало процесса; 1 момент разрушения сопловой заглушки;
2 – время выхода двигателя на режим, соответствующее времени зажигания всей поверхности заряда; 3 – окончание квазистационарного участка работы двигателя; 4 – окончание работы двигателя
Рисунок А.2 – Типовая диаграмма давления
Принятые названия временных интервалов:
0–1 время задержки появления тяги;
1–2 время выхода на режим;
2–3 основной участок работы РДТТ;
3–4 время спада давления.
Основной рабочий импульс тяги от горения заряда обеспечивается двигателем на участке (2–3) кривой р = р().