Расчет форсунки горючего пристеночного слоя

_{Определяем по графику, рис.2. геометрическую характеристику А, коэффициент расхода μ и коэффициент живого сечения форсунки φ}

_{Аок = 4,3, μок = 0,16, φок = 0,38}

_{Площадь проходного сечения сопла форсунки горючего}

_{Диаметр и радиус сопла форсунки горючего}

_{Полученное расчетное значение dс = 4,03∙10}^-3 _{м сравниваем с известными рекомендациями dс = (0,5…2,5) ∙10}^-3 _{м. dс = (0,5…2,5) ∙10}^-3 _{м < dс = 4,03∙10}^-3 _м.

_{Расчетный диаметр сопла превышает 2,5∙10}^-3 _{м, это означает, что форсунку закрытого типа для проектируемой КС применить невозможно. Выбираем форсунку открытого типа и продолжаем расчет. Из конструктивных и технологических соображений принимаем dс = 4 ∙ 10}^-3 _{м, тогда rс = 2 ∙ 10}^-3 _м.

_{Принимаем число входных отверстий i = 2…6 = 5, диаметр входа в форсунку}

_{dвх = (0,5…2,5) ∙ 10}^-3 _{м = 0,8 ∙ 10}^-3 _{м, толщину стенок h = 1,5 ∙ 10}^-3 _м.

_{Из прочерчивания (рис.4) определяем радиус плеча закрутки Rвх = 1,6 ∙ 10}^-3 _{м, длина входа в форсунку lвх = 1,9 ∙ 10}^-3 _м.

_{Рис.10. Поперечное сечение периферийной форсунки горючего М 8:1}

_{Проверяем соотношение lвх/ dвх = 1,5…3, получено lвх/ dвх = (1,9 ∙ 10}^-3_{)/( 0,8 ∙ 10}^-3_{) = 1,9 – соотношение выполняется.}

_{Определяем эквивалентную геометрическую характеристику форсунки с учетом вязкости}

где: λ - коэффициент трения жидкости о стенку

где Re_ок – число Рейнольдса

_{В начале расчета принималось Аок =4,3, находим относительную разность между значениями геометрической характеристики:}

_{Полученное отклонение лежит в допускаемых пределах (5%), следовательно, перерасчета форсунки не требуется, т.к. влияние вязкости жидкости на работу форсунки незначительно.}

Принимаем полученные параметры

_{Угол конуса распыла 2α = 100}^о_;

_{Коэффициент живого сечения форсунки φ = 0,38;}

_{Коэффициент расхода форсунки μ = 0,16;}

_{Диаметр сопла форсунки dс = 4 ∙ 10}^-3_м;

_{Число входных отверстий i = 5;}

_{Диаметр входа в форсунку dвх = 0,8 ∙10}^-3 _м;

_{Толщина стенки форсунки hст = 1,5 ∙10}^-3 _м. По полученным параметрам строим в масштабе периферийную форсунку горючего (рис.11)

Рис.11. Схема периферийных форсунок М 4:1

5.Расчет массы двигательной установки

Цель работы Определение массы двигательной установки. Общие сведения

Масса двигательной установки может составлять 0,2 - 0,45 конечной массы i – той ступени ракеты. Она равна сумме масс отдельных агрегатов и узлов ДУ. Массы этих агрегатов выражают в виде функций режимных параметров двигателя. Таким образом, чтобы определить массу всей ДУ, необходимо рассчитать массу отдельных частей двигательной установки.

Масса двигателя определяется суммой масс следующих агрегатов и узлов:

• - массы камеры сгорания

• - массы турбонасосного агрегата

• - массы газогенератора

• - массы агрегатов автоматики

• - массы трубопроводов

• - массы рамы

• - массы деталей общей сборки.

Исходные данные

Тяга двигательной установки Р_ду = 260 кН;

Расход топлива двигательной установки кг/с;

Число камер сгорания z = 1;

Давление в камере сгорания р_к = 6 МПа;

Давление на срезе сопла р_а= 0,015 МПа;

Диаметр критического сечения сопла d_кр = 0,169 м;

Площадь критического сечения сопла F_кр = 0,022 м²;

Диаметр камеры сгорания d_к= 0,292 м;

Площадь поперечного сечения камеры сгорания F_к = 0,067 м²;

Топливо (27%АТ+73%АК)+Тонка250;

Удельный импульс тяги J_уд= 2745 м/с;

Плотность окислителя кг/м³;

Плотность горючего кг/м³;

Соотношение компонентов топлива k_m = 2,14;

Показатель адиабаты k = 1,13;

Давление насыщенных паров окислителя р_s.ок = 0,573 МПа.

Расчет

5.1.Расчет массы камеры сгорания ЖРД

Проверка соотношений

Проверка соотношения ;

,

Не выполнено.

Проверка соотношения ,

где – степень расширения продуктов сгорания в сопле. .

.

,

Не выполнено.

Невыполнение условий говорит о том, что режим работы и другие параметры проектируемого двигателя не соответствуют рекомендациям методики расчета изложенной ранее.

Расчет удельных масс

Для практических расчетов удельных масс камеры и сопла рекомендуется использовать эмпирические формулы:

Удельная масса камеры сгорания

кг/м²;

Удельная масса сопла

кг/м².

Расчет относительной расходонапряженности и расходного комплекса

Относительная расходонапряженность камеры сгорания

с/м.

Полученный результат не выходит за границы статистических данных.

Расходный комплекс

м/с.

Полученный результат удовлетворяет данным статистики.

Расчет относительных боковых поверхностей

Расчет относительных боковых поверхностей отдельных частей КС производится по эмпирическим зависимостям.

Относительная боковая поверхность цилиндрической части камеры сгорания

Относительная боковая поверхность сужающейся части сопла

.

Относительная боковая поверхность раструба сопла

,

где а – расчетные параметры формулы, определяемые как

;

,

где

где – угол на срезе сопла. Для верхних ступеней ракеты угол на срезе сопла лежит в диапазоне .Принимаем .