Расчет идеального газового потока в камере ракетного двигателя
КУРСОВАЯ РАБОТА
На тему:
«Расчет идеального
газового потока в камере ракетного двигателя»
Самара
2009
Введение
Целью данной
курсовой работы является закрепление теоретических знаний по курсу механике
жидкостей и газа.
идеальный газ поступает в
камеру сгорания в виде струи, которая в начальном сечении камеры 0 имеет
площадь проходного сечения S0. после входа в камеру сгорания струя газа
внезапно расширяется и в некотором сечении 1 полностью и равномерно
заполняет поперечное сечение камеры сгорания с площадью SК. На участке от сечения 1
до конечного сечения камеры сгорания К газовый поток получает внешнюю
теплоту, эквивалентную теплоте сгорания ракетного топлива.
Из камеры сгорания газовый поток
поступает в сверхзвуковое сопло с начальным течением К, узким
(наименьшей площади) сечением У, выходным сечением а, площади
которых равны SК, SУ u Sа. Из сопла газ
вытекает во внешнюю среду, давление в которой равно рн.
1.
Построение профиля канала переменного сечения
Найдем
размеры, необходимые для построения профиля сопла:
– длина
камеры сгорания:
мм;
– длина
дозвуковой части сопла
мм;
– длина
сверхзвуковой части сопла:
мм;
– радиус
камеры сгорания:
мм;
– радиус
потока при входе в камеру сгорания:
мм;
– радиус
выходного сечения сопла:
мм;
– величины
для построения профиля сопла:
мм;
мм;
– величины
для нахождения характерных сечений:
мм;
мм;
мм;
мм;
мм.
По найденным
размерам строим профиль сопла (рисунок 1 в приложении).
после
построения снимаем с чертежа недостающие величины радиусов поперечных сечений,
необходимые для расчетов:
мм;
мм;
мм;
мм;
мм;
мм;
мм;
мм;
мм.
Рассчитаем
площади этих сечений:
м2;
м2;
м2;
м2;
м2;
м2;
м2;
м2;
м2.
2. Расчет
параметров газового потока
2.1 Расчет параметров для
сечения ²0² и ²k²
Вычислим
. По найденному значению с , . Находим значения остальных газодинамических , Запишем преобразованное уравнение количества Получаем . Находим значения газодинамических функций, числа Вычислим оставшиеся Запишем преобразованное МПа. остальные параметры вычислим следующим образом: кг/с. Аналогично рассчитаем значения этих же параметров Для сечения «2» определяем методом подбора величину где Принимаем Рассчитаем значения газодинамических функций и параметры для сечений «3», «у», «4», «5», «а» полученные значения приведены в таблице 1 (см. 2.2 Расчет параметров для сечения «2» – «a» Рассчитаем сначала Соответствующее Расчет МПа. Все Аналогично 2.3 Расчет ; ; ; . . . Некоторые ; кН; МПа; кН; кН; кН; кН; кН; кН; кН. По Заключение В данной работе был произведен расчет идеального По исходным данным для живых сечений В конце работы были определены силы воздействия Список 1. Абрамович Г.Н. «Прикладная газовая динамика», 4-е 2. Лекции по механике жидкостей и газов. 3. В.А. Курочкин, А.С. Наталевич, А.М. Цыганов «Методические указания к курсовой работе приложение Результаты Варианты 1 – 3 3 1 – 4 4 1 – 5 5 Сечения 5 5за а 4 4за 5 а у 4 5 а r, мм 98.23 98.23 119.07 74.88 74.88 98.23 119.07 63 74.88 98.23 119.07 S, 30313.6 30313.6 44540.4 17614.9 17614.9 30313.6 44540.4 12468.9 17614.9 30313.6 44540.4 q(λ) 0.411 0.764 0.52 0.708 0.838 0.487 0.331 1 0.708 0.411 0.28 λ 1.797 0.556 0.347 1.523 0.657 0.322 0.214 1 0.499 0.269 0.18 τ(λ) 0.462 0.948 0.98 0.613 0.928 0.983 0.992 0.833 0.959 0.988 0.995 π(λ) 0.067 0.831 0.932 0.181 0.77 0.941 0.973 0.528 0.862 0.958 0.981 ε(λ) 0.145 0.876 0.951 0.295 0.83 0.957 0.981 0.634 0.9 0.97 0.987 М 2.413 0.522 0.32 1.775 0.622 0.297 0.196 1 0.465 0.247 0.165 Т*, К 950 950 950 950 950 950 950 950 950 950 950 Т, К 438.981 900.968 930.964 582.674 881.739 933.533 942.738 791.667 910.634 938.562 944.877 р*, МПа 3.084 1.65 1.65 3.084 2.605 2.605 2.605 3.084 3.084 3.084 3.084 р, МПа 0.2068 1.371 1.547 0.5573 1.956 2.451 2.536 1.629 2.661 2.956 3.027 ρ*, кг/м3 11.301 6.045 6.045 11.301 9.546 9.546 9.546 11.301 11.301 11.301 11.301 ρ, кг/м3 1.64 5.295 5.784 3.329 7.723 9.137 9.364 7.164 10.17 10.964 11.149 акр, м/с 564.291 564.291 564.291 564.291 564.291 564.291 564.291 564.291 564.291 564.291 564.291 λакр, м/с 1014 314.018 195.661 859.494 370.513 120.851 564.291 281.369 151.667 101.507 а, м/с 420.199 601.986 611.925 484.111 595.528 612.769 615.782 564.291 605.207 614.417 616.481 Ma, м/с 1014 314.018 195.661 859.494 370.513 181.979 120.851 564.291 281.369 151.667 101.507 G, кг/с 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 ρсS, кг/с 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 50.406 Результаты Варианты 1 – 5 1 – 5 1 – 5 1 2 3 4 5 Сечения 0 к у а а а а а λ 0.397 0.402 1 1.92 0.521 0.347 0.214 0.18 р*, МПа 3.5 3.084 3.084 3.084 1.161 1.65 2.605 3.084 S, мм2 10535.5 21072.6 12468.9 44540.4 44540.4 44540.4 44540.4 f 1.084 1.085 1.268 0.431 1.133 1.066 1.026 1.019 Ф, кН 39.954 70.508 48.76 59.224 58.581 78.306 119.036 139.97 Результаты Варианты 1 2 3 4 5 σв.р 0.9143 0.9143 0.9143 0.9143 0.9143 σТ 0.9638 0.9638 0.9638 0.9638 0.9638 σП — 0.3825 0.5385 0.8459 1 рН, МПа 0.11 0.987 1.547 2.536 3.027 Р0-к, кН 30.554 30.554 30.554 30.554 30.554 Рк-у, кН -21.748 -21.748 -21.748 -21.748 -21.748 Ру-а, кН 10.464 9.821 29.546 70.276 90.61 Р0-а, кН 19.27 18.627 38.352 79.082 99.416 Рвнутр, кН 59.224 58.581 78.306 119.036 139.97 Рнар, кН -4.899 -48.95 -68.904 -112.954 -134.824 Р, кН 54.324 9.632 9.402 6.081 5.146 рисунок 1 – рисунок 2 – Изменение Рисунок 3 – Рисунок 4 – Рисунок 5 –
помощью математического пакета MathCAD по формуле газодинамической функции определяем соответствующие значение :
функций, числа Маха, температуры, критической скорости, скорости газового
потока и скорости звука в газе для сечения ²k² по следующим формулам:
движения для газа, находящегося в камере сгорания между сечениями ²0² и ²k². С помощью
математического пакета MathCAD определяем величину ,
учитывая, что в данном сечении дозвуковой поток, то есть :
Маха, температуры, критической скорости, скорости газового потока и скорости
звука в газе для сечения ²0² по следующим формулам:
параметры газового потока в сечении «к»:
уравнение неразрывности для сечений «0» и «к» газового потока:
газового потока для сечения «1».
из решения уравнения количества движения для
газа, учитывая, что в данном сечении дозвуковой поток, т.е.
параметров по аналогии с расчетами для сечения «1».
определим по аналогии учитывая, что в сечении 3 в сечении
«у» , в сечениях «4», «5», «а»
приложение)
параметры потока со скачком уплотнения в выходном сечении сопла.
вычислим значение :
ему q:
остальных параметров проведем по аналогии с сечением «а». нужно иметь ввиду,
что в прямом скачке уплотнения Т* не изменяется, р* и ρ*
скачкообразно уменьшаются.
вычисления сведем в таблицу 1 (см. приложение)
просчитаем и заполним таблицу 2 (см. приложение)
значений для таблиц 3,4
вычисления:
результатам расчетов (таблицы 1–4) в форме графиков, выполняется построение
расчетных зависимостей (рисунок 2–7, см. приложение).
газового потока в камере ракетного двигателя.
газового потока 0, 1, k, 2, 3, у,
4, 5 и а были рассчитаны газодинамические функции,
параметры торможения, а также рассчитаны варианты идеального газового потока со
скачком уплотнения в 5,4, выходном сечениях и с
критическим состоянием газа в узком сечении сопла и последующим дозвуковым течением
газа по соплу. По расчетов были построены графики изменения параметров газового
потока по длине камеры ракетного двигателя.
потока на камеру и тяга камеры при различных вариантах газового потока.
источников
издание. М.: Наука, 1976 г., 888 с.
по газовой динамике», Самара: СГАУ, 1994 г.
расчета параметров газового потока, варианты 3, 4, 5
мм2
расчета импульсов газового потока
расчета сил и тяги
Схема камеры ракетного двигателя
температуры газа по длине камеры ракетного двигателя
Изменение давления газа по длине камеры ракетного двигателя
Изменение плотности газа по длине камеры ракетного двигателя
Изменение скорости газового потока по длине камеры ракетного двигателя
Учебная работа. Расчет идеального газового потока в камере ракетного двигателя