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

Двухступенчатая ракета состоит из большого количества элементов и систем: головной части, ракетного блока, системы управления, средств связи, системы разделения, системы наведения и т. д. Проектирование столь сложного изделия требует тщательного расчета каждого элемента, с учетом жестких требований к массогабаритным характеристикам ракеты, которые напрямую влияют на энергетические характеристики.

Расчет проходит в несколько этапов, в процессе которых производится уточнение и принятие каждого параметра.

Целью данной курсовой работы является расчет массогабаритных характеристик ракеты в первом приближении, объемный расчет отсеков и определение погрешности длины ракеты, а также определение тяговых характеристик ДУ и расчет давления наддува топливных баков и гидростатического давления из условий бескавитационной работы насоса.

Завершающим этапом является разработка чертежей первой и второй ступени баллистической ракеты с ЖРД, где необходимо отразить основные конструктивные элементы.

1.1. Определение габаритных размеров одноступенчатой ракеты с ЖРД

Исходные данные:

Масса головной части:

Масса ракетного блока 1:

Масса ракетного блока 2:

Топливо: (20%АТ+80%АК)+НДМГ

Расход топлива ДУ 1-й ступени:

Расход топлива ДУ 2-й ступени:

Относительная масса топлива РБ 1-й ступени:

Относительная масса топлива РБ 2-й ступени:

Удельный импульс тяги ДУ 1-й ступени на земле:

Удельный импульс тяги ДУ 1-й ступени в пустоте:

Удельный импульс тяги ДУ 2-й ступени в пустоте:

Расчёт:
Определяем стартовую массу 1-й ступени:

Определяем стартовую массу 2-й ступени:

кг

Принимаем относительную длину ракеты:

Для заданной топливной пары принимаем среднюю плотность заправленной ракеты равной:

Определяем диаметр ракеты:

Принимаем, что диаметр первой и второй ступени ракеты равны (ракета выполнена в одном калибре)

Определяем полную длину ракеты:

Определяем начальную поперечную нагрузку на мидель ракеты:

кг/м²

Масса топлива ракетного блока 1-ой ступени:

Масса топлива ракетного блока 2-й ступени:

Масса конструкций ракетного блока 1-ой ступени с остатками топлива:

Масса конструкции ракетного блока 2-ой ступени с остатками топлива:

Масса конструкций ракеты с полезной нагрузкой и остатками топлива:

Масса «сухой» ракеты (без полезной нагрузки и остатков топлива):

,

где

1.2. Определение тяговых характеристик ДУ
Тяговые характеристики двигательной установки первой и второй ступени ракеты определим по следующим формулам:

Тяга двигательной установки первой ступени ракеты на Земле:

Тяга двигательной установки первой ступени ракеты в пустоте:

Тяга двигательной установки второй ступени в пустоте:

Тяговооруженность первой ступени на Земле:

где g₀= 9,81 м/c²

Тяговооруженность первой ступени в пустоте:

Тяговооруженность второй ступени в пустоте:

Вывод

В ходе практической работы освоили навыки работы в программе «Mathcad», а также определили габаритные размеры проектируемой ракеты и рассчитали тяговые характеристики ДУ.

Приняли относительную длину ракеты

, определили диаметр ракеты

м и рассчитали полную длину ракеты

м.

2. Объемный расчет головной части

Цель расчета. Определить объем, занимаемый полезной нагрузкой, размещенной в головной части; положение центра масс головной части; длину отделяющейся головной части.

Исходные данные

Масса головной части

Диаметр ракеты

Угол раскрытия конуса обтекателя

Взрывчатое вещество (ВВ) Гексоген

Плотность взрывчатого вещества

Масса головной части состоит из массы полезной нагрузки (ВВ) и массы конструкции головного обтекателя.

В первом приближении можно принять:

В качестве головного обтекателя берем конический обтекатель со сферическим притуплением (рис. 2)

Рис. 2. Расчетная схема головной части

Определяем теоретическую длину головного обтекателя

Радиус сферы притупления в первом приближении равен

Определяем действительную длину головного обтекателя

По приближенной зависимости определяем массу полезной нагрузки

Следовательно, масса конструкции конического обтекателя равна

Определяем объем взрывчатого вещества

Принимаем что, взрыватель расположен на расстоянии

от действительного носка ракеты. Определяем расстояние от теоретического носка

головной части до места установки взрывателя

Определяем радиус конического обтекателя в месте установки взрывателя

При выбранной схеме головной части объем взрывчатого вещества будет располагаться в объеме усеченного конуса высотой h. Зная объем, занимаемый взрывчатым веществом

, из объема усеченного конуса определяем его высоту

,

где R – радиус основания усеченного конуса

,

После подстановки выражения, определяющего R, в формулу объема усеченного конуса

получается кубическое уравнение, из которого можно определить высоту усеченного конуса h.

Вместо решения кубического уравнения высоту усеченного конуса h можно определить численно, методом последовательных приближений.

Подбирая значения высоты усеченного конуса h, при котором объем этого конуса будет равен

, получаем высоту

.

При этом радиус основания усеченного конуса будет равен

Проверка. Объем усеченного конуса при выбранной высоте равен

Вывод. Высота усеченного конуса подобрана правильно.

Определяем положение центра масс взрывчатого вещества относительно основания усеченного конуса (основания отсека полезного груза)

Определяем положение центра массы взрывчатого вещества относительно теоретического носка головной части

Для отделяющейся корпуса ГЧ можно принять, что положение центра масс корпуса ГЧ находится на расстоянии

от теоретического носка ракеты.

На начальном этапе расчета, когда неизвестна длина отделяющейся головной части можно принять, что

, тогда положение центра масс головной части можно определить по формуле

Длину отделяющейся головной части можно определить на основе следующих рассуждений: известно, что отеляющиеся головные части баллистических ракет должны обладать статической устойчивостью.

Статическая устойчивость отделяющихся головных частей характеризуется коэффициентом статической устойчивости