3.2 Оценочный расчет массы топливного отсека
Массу топливного отсека определяют суммой масс топливных баков под основные компоненты топлива, массы устройств наддува и узлов крепления и массы вспомогательных баков, при наличии таковых.
При работе ТНА на основных компонентах топлива масса топливного отсека равна:
,
где , - массовые коэффициенты, определяемые по формулам:
;
.
, - коэффициенты, характеризующие массу топливных баков под основное топливо.
, - коэффициенты, характеризующие массу устройств наддува и узлов крепления.
, .
В оценочных расчетах можно принять:
;
,
где - плотность топлива;
- относительная толщина оболочки для алюминиевых сплавов.
Масса бака горючего:
.
Масса бака окислителя:
.
4. Составление компоновочной схемы ступени
Рис.6. Компоновочная схема первой ступени ракеты (М 1:50)
5. Выбор и обоснование схемы системы наддува
Системы наддува служат для обеспечения и поддержания требуемого давления в топливных баках.
Классификация систем наддува может быть представлена следующей схемой:
Рис.7. Классификация систем наддува
5.1 Оценочный расчёт массы и габаритов “холодной” системы наддува
Исходные данные:
Давление насыщенных паров керосина ;
Давление насыщенных паров кислорода ;
Плотность керосина ;
Плотность кислорода ;
Объем заправляемого окислителя ;
Объем заправляемого горючего .
Рис.8. Расчётная схема
Выполнение расчёта
5.1.1 Определение давления в газовой подушке бака горючегоРасчёт минимального давления
Значения определяется по трём условиям.
1) Условие бескавитационной работы насоса горючего в момент старта:
, [2]
где - гидростатическое давление столба жидкости.
,
где - суммарные потери давления.
,
где - скорость течения компонента в магистрали;
- коэффициент местного сопротивления;
- осевая перегрузка в момент старта;
- высота столба жидкости;
- кавитационный запас; выбирается из диапазона
.
Принимаем: .
2) Условие бескавитационной работы насоса горючего в конце работы 1-й ступени.
,
где - суммарные потери давления.
,
где ,
где ;
,
где - высота остатков незабора.
3) Условие отсутствия кавитации на заборном устройстве в конце работы ДУ.
,
где ,
где ;
-потери давления на сифонном заборном устройстве:
,
где - коэффициент местного сопротивления для сифона
- кавитационный запас, выбирается из диапазона
.
Принимаем: .
Из 3-х выбираем максимальное значение: .
Максимальное давление в подушке бака горючего:
;
где – разница между максимальным и минимальным давлениями; обычно
. Принимаем .
Номинальное давление в подушке бака горючего:
.
5.1.2 Расчёт “холодной” системы наддува для бака горючегоПотребный объём аккумулятора давления:
,
где – коэффициент запаса;
– коэффициент адиабаты азота;
– начальное давление в аккумуляторе давления. Выбирается из диапазона
. Принимаем ;
– конечное давление в аккумуляторе давления.
Радиус шарбаллона:
.
Толщина стенки шарбаллона:
;
где – коэффициент запаса;
- предел прочности для титанового сплава ВТ6.
Внешний объём шарбаллона:
.
Объём оболочки шарбаллона:
.
Масса конструкции шарбаллона (включая массу дополнительных устройств и элементов крепления):
.
Масса рабочего тела (азота):
,
где – газовая постоянная для азота;
– температура газа наддува.
Масса «холодной» системы наддува для бака горючего:
.
5.1.3 Расчёт “холодной” системы наддува с подогревом для бака горючегоПотребный объём аккумулятора давления:
,
где – температура входа газа наддува в бак.
Радиус шарбаллона:
.
Толщина стенки шарбаллона:
.
Внешний объём шарбаллона:
.
Объём оболочки шарбаллона:
.
Масса конструкции шарбаллона (включая массу дополнительных устройств и элементов крепежа):
.
Масса рабочего тела (азота):
.
Масса “холодной” системы наддува с подогревом для бака горючего:
.
5.1.4 Определение давления в газовой подушке бака окислителяРасчёт минимального давления
Значения определяется по трём условиям.
1) Условие бескавитационной работы насоса окислителя в момент старта.
,
где ;
,
где - скорость течения компонента в магистрали;
- высота столба жидкости.
2) Условие бескавитационной работы насоса окислителя в конце работы 1-й ступени.
,
где ;
,
где ; [2]
,
где - высота остатков незабора.
3) Условие отсутствия кавитации на заборном устройстве в конце работы ДУ.
,
где ,
;
-потери давления на тарельчатом заборном устройстве:
,
где - коэффициент местного сопротивления для тарели.
Из 3-х выбираем максимальное значение: .
Максимальное давление в подушке бака окислителя:
;
где .
Номинальное давление в подушке бака окислителя:
.
5.1.5 Расчёт “холодной” системы наддува для бака окислителяПотребный объём аккумулятора давления:
,
где – конечное давление в аккумуляторе давления.
Радиус шарбаллона:
.
Толщина стенки шарбаллона:
.
Внешний объём шарбаллона:
.
Объём оболочки шарбаллона:
.
Масса конструкции шарбаллона (включая массу дополнительных устройств и элементов крепежа):
Масса рабочего тела (азота):
,
где – газовая постоянная для азота;
– температура газа наддува.
Масса «холодной» системы наддува для бака горючего:
.
5.1.6 Расчёт “холодной” системы наддува с подогревом для бака окислителяПотребный объём аккумулятора давления:
,
где – температура входа газа наддува в бак.
Радиус шарбаллона:
.
Толщина стенки шарбаллона:
.
Внешний объём шарбаллона:
.
Объём оболочки шарбаллона:
.
Масса конструкции шарбаллона (включая массу дополнительных устройств и элементов крепежа):
Масса рабочего тела (азота):
.
Масса “холодной” системы наддува с подогревом для бака горючего:
.
... техника одержали новую выдающуюся победу, Успешно выполнен испытательный запуск универсальной ракетно-космической транспортной системы "Энергия" и орбитального корабля "Буран". Подтверждены правильность принятых инженерных и конструкторских решений, эффективность методов экспериментальной отработки и высокая надежность всех систем этого сложнейшего ...
0 комментариев