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

Примечание. Формула связи между кинематической и динамической вязкостью жидкости:

,

где - кинематическая вязкость жидкости, м²/с;

- динамическая вязкость жидкости, ;

- плотность жидкости, кг/м³.

Кинематическая вязкость окислителя:

м²/с;

м²/с.



Предварительные вычисления

Длина магистрали окислителя (горючего):





Площадь поперечного сечения бака:



Масса окислителя (горючего) в топливном баке в момент старта ракеты (ступени):





Высота столба жидкости, определяемая от зеркала жидкости в топливном баке до входа в насос окислителя (горючего) в момент старта ракеты (ступени):





Падение давления на лопатке насоса:



где - искомое кавитационное падение давления на лопатке насоса;

- кавитационный запас по давлению, представляющий собой превышение заданного давления над срывным. Можно принимать:



Принимаем

Тогда

---

Окончательно получаем:




Расчет давления наддува Р_над

Диаметр трубопровода низконапорной магистрали окислителя (горючего):





В соответствии с ГОСТ 18482-79 «Трубы прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия» принимаем диаметр трубопровода:





Число Рейнольдса:

;

.

Так как Re > 10⁶ , то коэффициент потерь вычисляем по формуле:



Для трубопроводов из алюминиевых сплавов принимаем коэффициент шероховатости тогда шероховатость трубопровода подачи окислителя (горючего):





Таким образом, коэффициент потерь:





Потери напора на трение в магистрали окислителя (горючего):





Допустимый напор на входе в насос:





где - коэффициент запаса. Принимаем

- максимальное разряжение на лопатке крыльчатки насоса, вычисляемое по формуле:





Необходимый напор на входе в колесо насоса:

---

Необходимое давление на входе в колесо насоса:





Гидростатическое давление столба жидкости на входе в колесо насоса:





где - коэффициент осевой перегрузки ракеты;

( )- высота столба жидкости, определяемая от зеркала жидкости в топливном баке до входа в насос окислителя (горючего):





где ( ) - текущая масса окислителя (горючего) в топливном баке в момент времени t, определяемая по формуле:





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.
   

По результатам вычислений сравниваем необходимое давление на входе в колесо насоса с минимальным гидростатическим давлением столба жидкости.

Минимальное гидростатическое давление столба жидкости равно (в момент старта ракеты), а необходимое давление на входе в колесо насоса равно

---

, .

Таким образом, минимальное давление наддува в баке окислителя ( горючего) из условия бескавитационной работы насоса окислителя (горючего):





Учитывая полученные результаты расчета, а также данные статистики по параметру давления наддува, выбираем ближайшее значение из рекомендуемого диапазона. Принимаем давление наддува в топливном баке окислителя (горючего) для проектируемой ракеты , .

Определяем действительное давление жидкости (окислителя, горючего) на входе в насос с учетом принятого давления наддува топливного бака:





Определяем приведенную высоту гидростатического столба жидкости (окислителя, горючего) с учетом давления наддува топливного бака:





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


Таблица 1

t,c		, кг	,м	, Па	, Па	, м
0	1	41996	13.163	1.933	3.573	24.331
1	2.08	41528	13.073	3.993	5.633	38.360
2	2.09	41060	12.983	3.985	5.625	38.302
3	2.11	40592	12.893	3.995	5.635	38.371
6	2.15	39187	12.622	3.985	5.625	38.304
9	2.21	37782	12.351	4.008	5.649	38.463
12	2.27	36378	12.080	4.027	5.667	38.589
20	2.4	32632	11.357	4.003	5.643	38.425
30	2.43	27950	10.454	3.731	5.371	36.572
40	2.74	23268	9.551	3.843	5.483	37.338
50	3.18	18586	8.648	4.039	5.679	38.670
60	3.72	13904	7.746	4.231	5.871	39.981
70	4.34	9222	6.843	4.361	6.001	40.864
80	5.01	4540	5.940	4.370	6.010	40.925
87	5.56	1263	5.307	4.334	5.974	40.677

---

Рис.1. График изменения действительного давления на входе в насос окислителя РБ1

Таблица 2

t,c		, кг	,м	, Па	, Па	, м
0	1	6000	2.835	2.247	3.675	46.360
1	2.08	5933	2.811	4.634	3.913	49.372
2	2.09	5866	2.787	4.617	3.912	49.350
3	2.11	5799	2.763	4.621	3.912	49.355
6	2.15	5598	2.691	4.587	3.909	49.311
9	2.21	5398	2.620	4.589	3.909	49.314
12	2.27	5197	2.548	4.585	3.908	49.309
20	2.4	4662	2.357	4.483	3.898	49.181
30	2.43	3993	2.118	4.079	3.858	48.671
40	2.74	3324	1.879	4.080	3.858	48.673
50	3.18	2655	1.640	4.133	3.863	48.739
60	3.72	1986	1.401	4.130	3.863	48.736
70	4.34	1318	1.162	3.996	3.850	48.567
80	5.01	649	0.923	3.664	3.816	48.148
87	5.56	180	0.755	3.329	3.783	47.725

---