Файл: Объемные расчеты двухступенчатой баллистической ракеты с жидкостным ракетным двигателем по дисциплине Основы устройства ракет.docx

м.

Определяем высоту сферического днища бака, а также его объем:

м;

м³.

Определяем расход окислителя (горючего) 2-й ступени:

кг/с;

кг/с.

Объем окислителя (горючего), заправленного в бак:





Уровень жидкости в баке в начальный момент времени (момент старта ракеты):





Объемный расход окислителя:





Изменение объема жидкости в баке в зависимости от времени полета:





где t - текущий момент времени.

Изменение уровня жидкости в баке в момент времени t:





Уровень жидкости в баке в текущий момент времени:





Гидростатическое давление жидкости в баке в текущий момент времени:





где - ускорение свободного падения на Земле.

При вычислении параметров , , , в зависимости от времени полета t принимаем переменный шаг по времени

---

:

1. 
   - в момент старта ракеты (0…3с);
   
2. 
   - на начальном участке полета (3…12с);
   
3. 
   - полет после 20с полета.
   

Результаты расчета для бака окислителя приведены в таблице 1. Результаты расчета для бака горючего приведены в таблице 2.

Таблица 1

t, с		, м3	, м	,м	, Па
0	0,85	0	0	2,291	28573,912
1	1,41	0.034	0.01	2,281	47193,287
2	1,42	0.069	0.02	2,272	47320,74
3	1,42	0.103	0.03	2,262	47113,49
6	1,44	0,207	0.06	2.232	47146,551
9	1,46	0,31	0.09	2,202	47162,099
12	1,48	0,413	0.119	2,172	47160,133
20	1,54	0,689	0,199	2,092		47273,913
30	1,6	1,034	0,298	1.993		46780.537
40	1,67	1,378	0,398	1.893		46389,803
50	1,75	1,723	0,497	1.794		46057,925
60	1,83	2,067	0,597	1.694		45492,526
70	1,91	2.412	0,696	1.595		44693,605
80	2,01	2,757	0,796	1,496		44099,968
87	2,11	3,101	0,895	1,396		43214,429

---

Рис.2. График изменения гидростатического давления в баке окислителя

По графику определяем максимальное гидростатическое давление в баке окислителя при полете ракеты на активном участке траектории Р_{гст max} = 47320,74 Па. Соответственно этому значению расчетная точка равна t= 2с , , .

Таблица 2

t, с		, м3	, м		,м	, Па
0	0,85	0	0		1,346	9057,025
1	1,41	0.019	0.005		1,34	14962,941
2	1,42	0.038	0.011		1,335	15007,562
3	1,42	0.057	0.016		1,329	14946,064
6	1,44	0.114	0.033		1,313	14969,477
9	1,46	0,17	0.049		1,296	14987,693
12	1,48	0,227	0.066		1,28	15000,712
20	1,54	0,379		0.109	1,236		15075,283
30	1,6	0,568		0.164	1.182		14969,689
40	1,67	0,758		0,219	1.127		14901,354
50	1,75	0,947		0,273	1.072		14857,285
60	1,83	1,137		0.328	1,017		14743,922
70	1,91	1,326		0,383	0,963		14561,264
80	2,01	1,516		0,438	0.908		14453,124
90	2,11	1,705		0,492	0.853		14258,367

---

Рис.3. График изменения гидростатического давления в баке горючего

По графику определяем максимальное гидростатическое давление в баке горючего при полете ракеты на активном участке траектории Р_{гст max} = 15075,283 Па. Соответственно этому значению расчетная точка равна t= 20с , , .

---

Заключение. По результатам расчета гидростатического давления в топливных баках РБ1 и РБ2 были построены графики зависимости гидростатического давления от времени работы ДУ. По графикам видно, что для РБ1 максимальное гидростатическое давление в баке окислителя при полете ракеты на активном участке траектории составляет Р_{гсток max} =193186 Па при t=1 с в баке горючего: Р_{гстг max} = 58740 Па при t=1 с . Для РБ2 максимальное гидростатическое давление в баке окислителя при полете ракеты на активном участке траектории составляет

Р_{гсток max} =47320,74 Па при t= 2с , в баке горючего: Р_{гстг max} =15075,283 Па при t=20 с .

5. Расчет давления наддува в топливных баках РБ1 и РБ2 из условия безкавитационной

работы насоса

Цель расчета. Определить давление бака окислителя из условия бескавитационной работы насоса.

Давление наддува в топливных баках создается для обеспечения бескавитационной работы

топливных насосов. Обычно оно составляет (1.5...5.0) 10⁵ Па.

Оптимальный выбор этого давления обеспечивает снижение силовой нагрузки на стенки топливного бака от избыточного давления в полости этого бака. Снижение нагрузки позволяет снизить толщину стенки топливного бака, а значит уменьшить его массу. Учитывая габариты топливного бака, снижение его массы за счет толщины стенки может быть существенным.

1. Расчет давления наддува бака окислителя (горючего) из условия бескавитационной

работы насоса РБ1

Исходные данные

Диаметр ракеты	Dр = 2.1 м
Время работы ДУ	τ1= 87 с
Давления в камере сгорания ДУ	МПа
Давление на входе в насос при старте ракеты	МПа
Топливная пара (20% АТ+80% АК) + НДМГ
Расход окислителя	кг/c
Расход горючего	кг/c
Плотность окислителя	ρок=1497 кг/м3
Плотность горючего	ρг= 808 кг/м3
Динамическая вязкость окислителя
Динамическая вязкость горючего
Давление насыщенных паров окислителя	Па
Давление насыщенных паров горючего	Па
Длина бака окислителя	м
Длина бака горючего	м
Длина межбакового отсека	м
Высота сферического днища бака	м
Объем сферического днища бака	м3
Расстояние от нижнего днища бака горючего до оси турбонасосного агрегата	м
Скорость течения окислителя (горючего) на входе в насос	м/c

---