Двигатель твердого топлива ПАБ-500

ПАБ 500 .dwg

)Клей К-153-ГОСТ 92-0948-74
)Сварной шов-ГОСТ 14771-76
)Пайка-ГОСТ 17325-79
ХА. 401.434.11В.1304.0804109.01

Спецификация.spw

ХА. 401.434.11В.1304.0804109.01
ХА. 401.434.11В.1304.0804109.02
ХА. 401.434.11В.1304.0804109.03
Пояснительная записка
Защитно-крепящий слой
Уплотнительное кольцо
Болт М12 х 1-6g х 60.58.35Х.16 ГОСТ 7808-70
Шайба пружинная 12 ГОСТ 13475-77
Шпилька М12 х 35 ГОСТ 22043-76

Спецификация.dwg

ХА. 401.434.11В.1304.0804109.01
ХА. 401.434.11В.1304.0804109.02
ХА. 401.434.11В.1304.0804109.03
Пояснительная записка
Защитно-крепящий слой
Уплотнительное кольцо
Болт М12 х 1-6g х 60.58.35Х.16 ГОСТ 7808-70
Шайба пружинная 12 ГОСТ 13475-77
Шпилька М12 х 35 ГОСТ 22043-76

Заряд ТТ.cdw

ПАБ 500 .cdw

)Клей К-153-ГОСТ 92-0948-74
)Сварной шов-ГОСТ 14771-76
)Пайка-ГОСТ 17325-79
ХА. 401.434.11В.1304.0804109.01

РДТТ записка КУБРАК Д.А..docx

Тема проекта: РДТП ПАБ-500
Перелік питань які повинні бути розглянуті:
- вибір вихідних даних для розрахунку;
заряду твердого палива;
теплового стану конструкції;
теплозахисне покриття;
запалюючого пристрою;
Перелік графічного матеріалу:
- креслення загального виду конструкції;
- робочі креслення двох деталей.
Целью работы является проектирование и расчет двигателя твердого топлива ПАБ-500.
Спроектирован двигатель твердого топлива. В ходе работы были получены: геометрические размеры заряда и сопла рассчитано ТЗП корпус тепловой режим работы элементов конструкции воспламенительное устройство соединение внутренние баллистические характеристики.
КАМЕРА СГОРАНИЯ ТВЁРДОЕ ТОПЛИВО КРИТИЧЕСКОЕ СЕЧЕНИЕ СОПЛО ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ СВОД ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА СРЕЗ СОПЛА.
Выбор исходных даннях .6
1 Выбор давления в камере сгорания ..6
2 Выбор формы заряда . 7
Расчёт геометри заряда 9
Расчет и профилирование сопла .. .12
1 Построение сопловой части двигателя .. .13
1 Расчет коэффициента конвективной теплопередачи ..15
2 Расчет коэффициента лучистой теплопередачи .16
Определение времени работы двигателя без ТЗП 19
Расчет теплозащитного покрытия .. 21
Расчет толщины стенок камеры 23
1 Проверочный расчет обечайки на прочность 24
Результаты расчёта программы «VBH»-ВНУТРЕБАЛИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК 25
Расчет воспламенителя 27
Проверочный расчет болтового соединения 29
1 Узел передачи тяги ..30
Описание конструкции РДТТ 32
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..34
Для обеспечения наибольшей дальности полета возникает необходимости оснащения ПАБ двигателем.
Ракетные двигатели на твердом топливе нашли широкое применение. Современные РДТТ характеризуются высокой надежностью приемлемыми технико-экономическими и энергомассовыми показателями просто-
Важными характеристиками твердотопливных двигателей военного применения кроме всего являются длительные гарантийные сроки применения и относительная безопасность при хранении и эксплуатации.
ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
1 Выбор давления в камере сгорания
Давление в камере сгорания является одним из наиболее важных параметров так как оно определяет работу двигателя и непосредственно связано с такими характеристиками как удельный импульс и массовое совершенство двигателя от которых в целом зависит эффективность ракеты. Давление в камере должно быть оптимальным то есть таким которое обеспечивает выполнение поставленной задачи при минимальной стартовой массе с достаточной надёжностью.
Исходя из того что двигатель эксплуатируется на высотах полета объектов военной авиации принимаем давление в камере рк=7 МПа. Такое давление обеспечит оптимальные массовые характеристики так как большее давление потребует более толстых стенок конструкции а чем меньше масса ДУ тем большей массы можно установить на ракету боевую часть либо при той же массе боевой части сократить массу ракеты в целом что делает меньше влияние сил инерции в полете облегчает полет для несущего ракету в качестве вооружения самолета облегчает обслуживание и снаряжение ракеты персоналом ВВС.
Исходя из условий эксплуатации и располагаемых табличных справочных данных выбираем давление на срезе сопла равным Ра = 007 МПа.
2 Выбор формы заряда
Двигатель ПАБ разрабатывается на относительно большое для РДТТ время работы поэтому для таких двигателей подбирается твердое топливо с низкими скоростями горения.
В первую очередь принимаем исходя из ограничения по миделю ПАБ и других конструктивных соображений диаметр заряда D ≤ 300 мм.
При этом берем во внимание что для простоты изготовления форма топливного заряда принимается цилиндрическая а для обеспечения достаточного свода горения - с торцевым горением
Выбираем заряд цилиндрической формы с торцевым горением с одного торца. Для обеспечения достаточной площади горения заряда при соблюдений ограничения по миделю торцы заряда представляют собой коническую поверхность.
Заряд изготавливается автономно после чего устанавливается в двигатель при сборке. Преимущество вкладного заряда перед скрепленным литым в том что проще произвести контроль качества заряда не помещенного в двигатель и при необходимости отбраковать. В то же время вкладной заряд обладает преимуществом: менее подвержен влиянию такого внешнего фактора как возможные удары при соединении РДТТ с ПАБ.
К недостатку следует отнести повышенную тепловую нагрузку на ТЗП. Менее совершенной по массогабаритным характеристикам вкладной заряд выбран для обеспечения большей надежности и безопасности двигателя благодаря его эксплуатационным преимуществам.
При проектировании РДТТ решался вопрос расположения торцевого заряда с конической поверхностью торца. Было рассмотрено два варианта: вершиной конуса к соплу (рис. 1а) и вершиной конуса вперед (рис. 1б).
На рис. 1 представлены характерные варианты изменения формы поверхности при горении различных элементов заряда. Если два соседних участка поверхности пересекаясь образуют угол
меньше 180° то в процессе горения угол перемещается вместе с
горящей поверхностью но остается постоянным. Если же этот угол
больше 180° то в процессе горения происходит скругление верши-
ны угла. Так например конусная поверхность заряда торцевого
горения при горении неизбежно вырождается в сферическую.
Рисунок 1 -формы поверхности заряда при выгорании
Первый вариант (рис. 1а) предпочтительнее так как обеспечивает приближенно постоянную площадь конической поверхности свода горения в то же время во втором варианте (рис. 1б) коническая поверхность горения вырождается в дугу малой кривизны.
Выбор топлива заряда обусловлен такими факторами:
Малая скорость горения;
Высокий удельный импульс топлива;
Высокая температура горения;
минимальное влияние температуры а также остальных параметров; окружающей среды на скорость горения топлива;
дешевизна и доступность материалов для изготовления;
технологичность топлива;
безопасность эксплуатации;
максимальный срок хранения;
Анализируя по справочным таблицам предлагаемые химической промышленностью виды топлив выбираем [3]:
Характеристики рассматриваемых топлив
Найдем истинную скорость горения UИ топлива
где Tн – начальная температура заряда.Полагаем Tн = 29315К;
Окончательно выбираем топливо марки «Н» так как из представленных топлив оно имеет наибольшую плотность и удельный импульс и не большую скорость горения.
РАСЧЁТ ГЕОМЕТРИИ ЗАРЯДА
Истинная скорость горения топлива UИ=
Ожидаемый секундный массовый расход топлива без потерь (2а) и c учетом потерь (2б):
Рассчитаем предварительно массу топлива необходимую для разрабатываемого двигателя:
где = 2564 мс – теоретический удельный импульс топлива при заданных Pk и Pа;
= 097 – коэффициент потерь в камере;
– коэффициент потерь в сопле ;
- заданное время работы двигателя;
коэффициент запаса массы топлива 105.
Суммарный импульс двигателя составляет:
Подсчитаем диаметр заряда с допущением о плоском круглом горящем торце:
где - площадь потребной поверхности горения топлива.
По соображениям компоновки принимаем диаметр заряда .
Теперь подсчитаем длину образующей конуса для конической поверхности торца заряда:
Длина заряда L по своду составляет:
При расчёте зависимости S(e)было рассмотрено три варианта торца заряда который противоположен коническому:
рис.2- С вогнутым торцом
рис.3- С прямым торцом
рис.4- С выпуклым торцом
В ходе расчётов была определена зависимость площади от свода горение в трёх случаях. Расчёт и графики зависимостей приведены в приложении №1. Исходя из графиков выбрал заряд с выпуклым торцом.
Расчет и профилирование сопла
Расчет и профилирование сопла должны обеспечить минимальные потери удельного импульса в сопле а также наиболее выгодную для заданных давления в камере и ожидаемого внешнего противодавления при эксплуатации двигателя степень расширения от которой напрямую зависят основные геометрические параметры сопла.
Для РДТТ серийного производства устанавливаемого на ракетное вооружение с ограничением по миделю более жестким нежели по длине целесообразно применять классическое сопло Лаваля круглого сечения.
Расчет сопла Лаваля начинается с расчета необходимой площади критического сечения величина которой определяет величину газорасхода который критическое сечение способно пропустить.
Определяем площадь критического сечения сопла:
где - расходный комплекс критического сечения сопла. Табличное значение для заданных: вида топлива pk и pа = 1559 мс [1];
теоретический расход топлива;
Диаметр критического сечения сопла:
Площадь сечения среза сопла:
где - относительная площадь среза сопла выбираемая по справочным данным =145 [1].
Диаметр выходного сечения сопла:
Задаем величину угла наклона контура на выходе из сопла 3 = 7º [1] и вычисляем отношение:
Длина сверхзвуковой части сопла ха определяется при помощи номограммы. По номограмме геометрических характеристик сопла определяем угол раскрытия сверхзвуковой части сопла м = 28º а также относительное удлинение сверхзвуковой части сопла равное 88 откуда получаем длину сопла Lc:
Находим радиусы округления контуров дуг в докритической и закритической частей сопла[1]:
1 Построение сопловой части двигателя
Построение профиля входной части начинают с того что проводят дугу окружности радиусом из центра О лежащего в плоскости критического сечения (на оси Y) на расстоянии от оси сопла. Далее из точки лежащей на оси у проводят дугу окружности радиусом г2 так чтобы эта дуга и дуга радиусом г2 пересеклись в точке . От плоскости критического сечения откладывают отрезок в конце отрезка восстанавливают перпендикуляр . В точках и g проводят линии под углом к оси и соответственно до пересечения в точке . Полученные отрезки и разбивают на произвольные но равное количество частей. Нумеруют точки как показано на рис.5 и соединяют одноименные например 1 - 1 и т.д. Искомый контур проводят как огибающую касательных 1-1 2-2 и т.д. Построенная кривая будет контуром сверхзвуковой части сопла.
Рисунок 5 - Геометрия профиля сопла двигателя
Явление теплообмена составляет важную часть рабочего процесса РДТТ. При работе двигателя элементы его конструкции взаимодействуют с продуктами сгорания которые имеют высокие значения давления температуры скорости.
Тепло передаётся от рабочего тела к корпусу двигателя всеми видами элементарного теплообмена: теплопроводностью конвекцией и тепловым излучением.
Теплообменом или теплопередачей в технике называют перетекание тепловой энергии от одной физической среды к другой вызванное различием температур этих сред.
Высокая температура газов в камере и длительное время работы РДТТ для данной ПАБ исключает возможность работы двигателя без теплозащитного покрытия (ТЗП). Из этого следует что для определения материала и толщины ТЗП необходимо выполнить расчет теплового состояния двигателя: определить величины теплообмена влияние теплообмена на материал стенок и ТЗП.
В теплотехнике различают два способа переноса тепла - при движении и излучении. Передача тепла при движении горячего газа представляет собой сложный процесс который в технике называют конвективным теплообменом.
где температура газа;
температура поверхности
коэффициент теплоотдачи рассчитываемый как сумма коэффициентов конвективной и лучистой теплоотдачи
1 Расчет коэффициента конвективной теплопередачи
Рассмотрим конвективный теплообмен в зоне заднего днища возле места соединения ТЗП камеры двигателя и воротника.
Определяем коэффициент конвективной теплоотдачи по уравнению Бартца
где r - радиус кривизны стенки рассматриваемого сечения в меридиональной плоскости r = 005 м;
- коэффициент динамической вязкости газовой фазы смеси;
= 1 - параметр учитывающий изменение свойств газа поперек пограничного слоя в первом приближении принимаем равным единице;
г = 071 - расход газа в двигателе.
В качестве конвективного диаметра принимаем диаметр возле места соединения ТЗП камеры двигателя и воротника.
Площадь рассматриваемого сечения:
Удельная равновесная теплоемкость продуктов сгорания:
Коэффициент равновесной теплопроводности газовой фазы продуктов сгорания:
Коэффициент динамической вязкости газовой фазы смеси:
Безразмерный критерий Прандтля:
Подставляя в формулу Бартца (4) соответствующие числа получим значение коэффициента конвективного теплообмена:
2 Расчет коэффициента лучистой теплопередачи
Лучистый тепловой поток к поверхности камеры и сопла РДТТ складывается из излучения трехатомных газов и конденсированных частиц находящихся в продуктах сгорания твердого топлива.
Рассмотрим лучистый теплообмен в зоне заднего днища возле места соединения ТЗП камеры двигателя и воротника.
Излучение газовой фазы продуктов сгорания твердых топлив обусловлено в первую очередь содержанием в них водяных паров и углекислого газа.
Излучение газовой фазы определяется компонентами Н2О и СО2 и конденсированной фазой. В данном случае у топлива Н конденсированной фазы нет.
s – эффективная толщина излучающего слоя.
s = 085 d2 = 085 00075 = 00064 м. (4.5)
Степень черноты материала стенки с учетом наличия сажи: ст = 08.
Значение степени черноты паров воды при парциальном давлении стремящемся к нулю и давлению в камере равном 1атм находится из номограммы [4] по двум входным величинам: Тг = 3457 К и произведения pН2Оs:
Из графика мы определим величину показателя степени n=3 для определения степени черноты паров воды по формуле:
Н2О =1 – (1 ОН2О)n =1 – (1 016)3 = 04; (4.6)
Для углекислого газа степень черноты определяется по следующей номограмме :
Степень черноты газа без конденсированной фазы зависит от степени черноты паров воды и углекислого газа при данном давлении:
Коэффициент лучистого теплообмена составляет:
Тсв=(1900 2100) К - диапазон температур стенки выбираем Тсв=1900 К;
k = 56710-8 Вт(м2К4) – константа для определения коэффициента лучистого теплообмена.
В результате подстановки значений в формулу (4.8) получаем:
Определяем удельный конвективный тепловой поток:
qк = αк (Тг - Тсв) = 136686·103 (3457 - 1900) = 21282·104 Втм2. (4.9)
Определяем удельный лучистый тепловой поток:
qл = αл (Тг - Тсв) = 3304·103 (3457 - 1900) = 51443·104 Втм2. (4.10)
Определяем удельный общий тепловой поток как сумму лучистого и конвективного:
q = qк + qл = 72725·104 Втм2. (4.11)
Значение общего теплового потока нужно для определения потребной толщины ТЗП.
Определение времени работы двигателя без ТЗП.
Предельное допускаемое время нагрева стенки корпуса РДТТ без теплоизоляции определяется в первую очередь снижением при нагреве прочностных характеристик материала корпуса. Резкое падение прочностных характеристик для стали наблюдается при температуре свыше 650-750 . Таким образом допускаемое время работы связано со временем достижения средней температуры стенки и соответствующей ей при которой характеристики прочности материала еще сохраняют достаточно высокие значения.
В качестве материала стенки возьмем сталь 30ХГСН2А ГОСТ4543-71 с толщиной стенки =15 мм.
Для определения предельного времени работы двигателя без ТЗП воспользуемся формулой [4]:
Рассчитаем критерии:
коэффициент температуропроводности материала корпуса двигателя;
- критерий Фурье где
- коэффициент теплопроводности стенки=285
- плотность материала корпуса =7800
- удельная теплоемкость стенки =503.
Получили . Теперь по таблице находим М=1.
Теперь определим температурный симплекс
- суммарный тепловой поток в стенку камеры =72725·104 .
Сделав предварительные расчеты можем посчитать:
Время роботы двигателя без ТЗП слишком мало следовательно необходимо провести расчет. Расчёт ТЗП представлен ниже.
Расчет теплозащитного покрытия
Тепловая защита элементов несущей конструкции от горячих газов обеспечивается покрытиями из специальных материалов а также топливным зарядом скрепленным с корпусом двигателя.
Основными требованиями предъявляемыми к теплозащитным покрытиям являются:
- надежность защиты несущей конструкции;
- минимальная масса покрытия на 1 м2 предохраняемой поверхности;
- хорошая адгезия покрытия с материалом несущей конструкции
- высокое сопротивление различного рода нагрузкам.
Известные в настоящее время ТЗП можно разделить на пассивные и активные.
Пассивное ТЗП обеспечивается термостойкими покрытиями из материалов сочетающих высокую температуру плавления с низкой температуропроводностью. В нашем случае оно не рационально т.к. изготавливается достаточно большое количество ракет а данные материалы имеют высокую стоимость. Активная тепловая защита основана на поглощении значительной доли подводимого к поверхности тепла при разрушении и уносе материала покрытия. Это тепло расходуется на фазовые превращения и эндотермические реакции в поверхностном слое покрытия. Активные ТЗП делятся на покрытия с внешним и внутренним уносом массы.
Поэтому при проектировании РДТТ стремятся создать такую конструкцию двигателя чтобы в течение всего рабочего процесса температура несущих оболочек и других элементов конструкции не превышала допустимых значений. Достигается это правильным выбором схемы тепловой защиты силовых стенок обоснованным подбором материалов для конструкции и определением необходимых толщин ее отдельных элементов.
Мы рассматриваем случай теплозащитного покрытия с внутренним уносом массы. В качестве материала ТЗП для защиты металлических элементов корпуса выбираем материал БК-31 со следующими характеристиками :
- плотность материала для ТЗП м=1200 кгм3;
- коэффициент теплопроводности материала м=0.2 Вт(мК);
- теплоемкость материала срм=1.21 кДж(кгК);
- теплота газификации Qs=1670 кДжкг;
- температура диструкции материала Тs=800 K;
- температура наружной стенки Тн=300 К;
- допустимая температура материала несущего элемента конструкции Тд=525К;
- относительное содержание в материале разлагающейся связки м=0.3;
- относительная доля связки обращающаяся в газ г=0.2;
- теплота обугливания стенки Qсв=1700 кДжкг;
- эффективное значение плотности пористого материала пм=1300 кгм3;
- эффективное значение коэффициента теплопроводности пористого материала п=1.51 Вт(мК);
- эффективное значение коэффициента теплоемкости пористого материала сп=168 кДж(кгК);
- значение теплоемкости газовой фазы материала сгм=1.675 кДж(кгК);
- относительная теплоемкость пористого материала сорм=1.3 кДж(кгК).
Определим скорость уноса массы из уравнения закона баланса:
Потребная толщина покрытия в данном случае складывается из суммы толщин унесенного обугленного и остаточного слоев.
Толщина унесенного слоя [6]:
Толщина обугленного слоя [6]:
где апр – коэффициент температуропроводности пористого материала
Тs ’ – некоторая условная температура:
к1 – коэффициент введенный для удобства расчета:
Толщина прогретого слоя :
Потребная толщина покрытия
Таким образом потребная толщина теплозащитного покрытия составляет 337мм.
Расчет толщины стенок камеры
Проектируемый двигатель предназначен для одноразового использования предназначен для серийного производства должен быть прост и надежен в хранении и транспортировке как отдельно от ПАБ так и в присоединенном к ПАБ виде. Условия хранения и эксплуатации предметов вооружения как правило требуют выполнять конструкцию из прочных не подвергающимся повреждениям при ударах о землю вибрациях и транспортировке материалов. Как следствие для обеспечения высоких прочностных характеристик конструкции корпуса и днища выбираем в качестве конструкционного материала для их изготовления пластичную высокопрочную Сталь 30ХГСН2А в = 1750 ГПа.
С учетом нагрева материала предел прочности составит:
где кt = 095 - коэффициент допустимого перегрева. Тогда вт=16625ГПа.
Определим толщину обечайки камеры двигателя по формуле:
где Dк = 300 мм – средний диаметр обечайки камеры зависит от диаметра заряда;
n – коэффициент запаса прочности материала n=15.
Максимальная величина давления в камере:
Pkmax = 7·106 ·12 = 84·106 Па (7.3)
где Kp – коэффициент учитывающий возможные забросы по давлению для смесевых металлизированных топлив выбираем кп=12. Полученные значения подставляем в формулу [7.2].
Следовательно для обеспечения прочности достаточно использовать для выполнения оболочки РДТТ лист стали 30ХГСН2А толщиной 3мм. Для увеличения жесткости конструкции возможно либо увеличение толщины используемого листа либо установка продольных рёбер жесткости.
1 Проверочный расчет обечайки на прочность
Определим напряжение действующее вдоль образующей цилиндрической поверхности:
Данное напряжение меньше допускаемого напряжения для материала корпуса из чего следует что условие прочности обечайки соблюдается.
Результаты расчёта программы «VBH»-ВНУТРЕБАЛИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
В результате использования программы VBXLP получили ряд данных
характеризующих проектируемый двигатель. Вывод текста из программы
VBXLP представлен в приложении №2
Графики зависимостей температуры от времени давления от времени и тяги от времени приведены ниже:
По результатам расчёта программы VBXLP было определено что максимальное давление в камере Pk=9154 МПа
Рис.6-график зависимости тяги от времени
Рис.7-график зависимости давления от времени
Рис.8-график зависимости температуры от времени
Расчет воспламенителя
Воспламенение твердотопливного заряда является сложным термодинамическим и физико-химическим процессом который зависит от совокупности таких факторов как химический состав топливного и воспламенительного зарядов температуры вспышки и горения составов давления формы поверхности горения заряда величины свободного объема начальной температуры и др.
Воспламенение смесевого твердого топлива может осуществляться двумя способами:
- фронтальное воспламенение потоком горячих газов;
- очаговое воспламенение.
Будем использовать первый способ.
Основным условием воспламенения твердого топливного заряда является нагрев его поверхностного слоя до такой температуры при которой начинаются экзотермические реакции из-за пиролиза то есть до состояния когда подвод тепла в конденсированную фазу станет больше теплопотерь и процесс воспламенения перейдет в устойчивое горение.
Возьмем коробчатый воспламенитель у которого футляр выполнен из алюминиевого листа по поверхности которого выполнены отверстия (толщина листа – 1мм).
Конструкция данного воспламенителя включает следующие элементы: стандартный пиропатрон с электрическим приводом (диаметр резьбы М18х15); основной воспламенительный состав.
В данном проекте используется воспламенительный состав КЗДП
- теплотворная способность состава Qвс=15106 Джкг;
- предельное количество тепла необходимое для надежного воспламенения заряда q=3105 Джм2;
- плотность пиротехнического состава прс=1000 кгм3.
Масса навески воспламенителя
где Sг – номинальная площадь горения топлива.
Объем воспламенителя
Внешний диаметр воспламенителя выбираем из условия
Корпус воспламенителя цилиндрический следовательно из этого условия определяем длину корпуса воспламенителя
Нижи приведён чертёж воспламенительного устройства рис.9
Из трёх возможных способов установки и крепления воспламенителя выбираем размещение внутри сопла. Крепление в днище не подходит т.к. при торцевом горении заряда невозможно расположение воспламенителя в днище. Из-за большой толщины ТЗП затруднена установка навесного воспламенителя.
Проверочный расчет болтового соединения
Рис.10 Схема болтового соединения
Исходя из конструктивных соображений выбираем:
резьба: d=12ммP=1ммS=11ммA1=15.5мм
болт: ;d=12ммP=1ммS=10ммH=14мм
Материал болта: ВТ-16 - .
Материал соединяемых деталей: Сталь 30ХГСН2А –
Определим гибкость болта и детали по следующим зависимостям:
; (10.1) где площадь поперечного сечения эквивалентного цилиндра с наружным диаметром и внутренним
Определяем ряд вспомогательных коэффициентов:
- коэффициент основной нагрузки ;
; коэффициент запаса усталостной прочности
; ; (резьба болта со срезом впадин по прямой)
- амплитудное напряжение в болте;
Прочность болтового соединения обеспечена.
1 Узел передачи тяги
В качестве узла передачи тяги будем использовать шпильки ввинченные во фланец переднего днища. Выбираем количество шпилек равное шести. На шпильку действует изгибающий момент подвергающий шпильку разрыву. Принимаем для расчета Сталь 30ХГСН2А [6] для которой допускаемое напряжение изгиба равно
Перегрузка которой подвергается двигатель
Принимаем массу конструкции равной 20% от массы ТТ тогда массу двигателя приближенно можно рассчитать по зависимости
Изгибающий момент действующий на шпильку
где – расстояние от точки приложения силы до места крепления;
Найдем необходимый диаметр шпильки из условия
где – запас прочности;
допускаемое напряжение изгиба для стали 30ХГСН2А [6].
Из ряда номинальных диаметров резьбы шпильки по ГОСТ 22034–76 [6] находим ближайшее значение диаметра
При условии крепления шпильками М12 в количестве шести штук допускаемое напряжение изгиба приемлемо т.к. запас прочности устраивает.
Описание конструкции РДТТ
Конструкция проектируемого двигателя разрабатывалась для применения его в качестве двигателя ПАБ отсюда происходит большинство конструктивных особенностей двигателя связанных с необходимостью обеспечения приемлемых массогабаритных баллистических и эксплуатационных характеристик.
Корпус двигателя выполнен из стали. Обечайка имеет цилиндрическую форму и производится путем скручивания и сварки стального листа.
Коробчатый воспламенитель установлен через сопло путем закрепления на сопловой заглушке.
Камера сгорания двигателя изнутри покрыта слоем активного ТЗП состоящим из защитно-крепящего слоя и ТЗП крепящегося к корпусу двигателя.
В критическое сечение установлен вкладыш защищающий его от теплового и эрозионного изнашивания. Раструб сопла покрыт с внутренней стороны пластиковым теплозащитным покрытием склеенным с металлической оболочкой раструба. В раструбе находится сопловая заглушка обеспечивающая достижение достаточного для стабильного горения топлива давления.
Заряд ТРТ представляет собой одну шашку торцевого горения смесевого металлизированного топлива. Заряд по боковой поверхности скреплен при помощи клеевого соединения с ТЗП камеры что исключает горение по боковой поверхности и обеспечивает надежное удержание заряда в своем положении во время хранения и работы двигателя.
На переднем днище установлен фланец с помощью которых двигатель крепится к бомбе. Для предотвращения провисания двигателя на бомбе его дополнительно устанавливают между двумя балками к сопловому блоку.
По заданным исходным данным произведен расчет двигателя ракеты ПАБ-500 в ходе которого было выбрано давление в камере рк=7 МПа расширение потока проводилось до ра=007 МПа. Была выбрана форма заряда цилиндрическая у сопла и выпуклая у основания. Для заряда было выбрано смесевое металлизированное топливо марки «Н» которое обладает наиболее подходящей скоростью горения при заданном давлении и температуре для удовлетворения условий поставленной задачи.
Было выполнено профилирование сопла и на основании этого профилирования было построено сопло на чертеже.
В ходе выполнения проекта был определен тепловой режим работы двигателя на основании которого выполнялся расчет ТЗП и была получена толщина коло 337 мм на переднем днище и боковой поверхности камеры двигателя.
На основании расчета и зависимости поверхности горения от свода был произведен расчет внутренних баллистических характеристик заряда с использованием программы VBH.exe.
Добровольский М. В. Жидкостные ракетные двигатели М.В. Добровольский - М.: Машиностроение 1968.-396с.
Орлов Б.В. Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе: Учеб. Пособие для вузов Б.В. Орлов Г.Ю. Мазинг - М.: Машиностроение 197. - 392 с.
Термодинамические и теплохимические свойства твердых ракетных топлив и их продуктов сгорания: Учеб. Пособие для курсового проектирования. - Харьков: ХАИ 1985.
Фахрутдинов И.Х. Котельников А.В. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива: Учебник для машиностроительных вузов И.Х. Фахрутдинов А.В. Котельников - М.: Машиностроение 1987. - 328 с.
Санин Ф.П. КучмаЛ.Д. Твердотопливные ракетные двигатели материалы и технологии: Учеб. Пособие для вузов Ф.П. Санин Л.Д. Кучма - Днепропетровск: 1999. - 315с.
Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя: В 3-х т. Т.1. - 5 - е изд.. перераб. и доп. В.И. Анурьев -М.: Машиностроение 1980. - 728 с.
Яльницкий Л.Ф. Конспект лекций по конструкции РДТТ - Харьков: ХАИ 2005.