Дипломная работа: Проектирование двигательной установки и элементов конструкции второй ступени баллистической ракеты

Для проектируемого двигателя работающего без дожигания генераторного газа принимаем давление в камере .

Величина давления на срезе сопла, как и величина давления в камере сгорания, влияет на удельный импульс, габариты и массу ДУ.

При малых значениях давления на срезе сопла увеличивается величина удельного импульса. Но при этом размеры закритической части сопла увеличиваются, что приводит к росту массы ЖРД, а также к увеличению габаритов сопловой части двигателя.

Выбираем давление на срезе сопла минимальным при условии, что прирост удельного импульса компенсирует потери появившиеся за счет увеличения массы двигателя, а его габариты не окажут трудностей при компоновке.

В зависимости от назначения ДУ существуют рекомендации по выбору оптимального давления на срезе сопла:

- для первой ступени давление на срезе сопла принимают .

- на второй ступени давление на срезе сопла принимают .

Для проектируемого двигателя выбираем давление на срезе сопла равным .

1.3 Выбор количества камер сгорания двигательной установки

В зависимости от числа камер сгорания ДУ бывают:

- однокамерные – могут иметь один или два турбонасосных агрегата (ТНА);

- многокамерные – имеют один или два общих ТНА на все камеры ДУ;

- блочные – состоят из нескольких автономных независимых двигателей, объединённых общей рамой и общей системой управления.

При одной и той же тяге однокамерный двигатель большей тяги требует большего времени на доводку, чем многокамерная связка двигателей. При этом также повышается вероятность возникновения высокочастотных колебаний. Кроме того, связка двигателей имеет меньшие габаритные размеры по высоте и лучше заполняет объём двигательного отсека. Масса связки сопоставима с массой однокамерного двигателя. Но увеличение числа камер приводит к увеличению количества различных агрегатов, обеспечивающих работу двигателя, что снижает надёжность установки, также существенно усложняется система подачи топлива из-за разветвленной системы трубопроводов.

При выборе схемы двигательной установки мы будем руководствоваться значением тяги проектируемого двигателя. По существующим рекомендациям одна камера двигательной установки должна создавать тягу в интервале от 200 до 300 кН. Проектируемый двигатель имеет тягу равную 208кН, следовательно, выбираем число камер двигательной установки Z=1.

1.4 Управление вектором тяги

Для того, чтобы обеспечить заданную траекторию полёта ракеты, необходимо создать требуемые по величине и направлению управляющие силы и моменты.

Основными способами управления вектором тяги для ЖРД имеющих одну камеру сгорания являются следующие:

1) Основная камера неподвижна, управляющее усилия создаются четырьмя поворотными двигателями (рис.2а) или поворотными соплами, установленными в шарнирных подвесах. В случае использования рулевых двигателей возможно применять для них собственный ТНА, в этом случае возможен раздельный запуск основного и управляющих двигателей. К недостаткам можно отнести худшие массовые характеристики.

2) Основная камера неподвижна, вместо четырех камер используется две камеры (рис. 2б). В этом случае камеры качаются в двух плоскостях (камеры устанавливаются в карданном подвесе). Достоинством данной схемы является то, что сохраняется возможность управления при отказе одного из рулевых двигателей.

3)Основной двигатель расположен в карданном подвесе, следовательно камера качается в двух плоскостях создавая управляющие моменты по рысканью и тангажу. Для управления по крену применяются два качающихся в одной плоскости сопла (рис. 2в).

4) Основной двигатель расположен в карданном подвесе. Для управления по крену применяются управляющие сопла работающие на генераторном газе или двигатели ориентации (рис.2г).

Рис. 1.2 Способы управления вектором тяги

Из представленных вариантов управления вектором тяги на мой взгляд наиболее удобно осуществлять вторым из представленных способов т. к. данная схема обладает большими по сравнению с другими схемами достоинствами.

1.5 Регулирование тяги двигательной установки по величине

Регулирование тяги ЖРД необходимо как для сохранения постоянства тяги при изменении условий работы двигательной установки, так и для изменения тяги с целью обеспечения заданного режима полёта ракеты.

Существуют следующие способы регулирования тяги:

1. Изменение отношения . Однако практически выполнить конструкцию, позволяющую изменять , сложно.