Проектування пневмогідросістеми першого ступеня балістичної ракети

де ;
-Втрати тиску на сифоном забірний пристрій:
,
де - Коефіцієнт місцевого опору для сифона
- Кавітаційний запас, вибирається з діапазону
.
Приймаємо: .
З 3-х вибираємо максимальне значення: .
Максимальний тиск в подушці бака пального:
;
де - Різниця між максимальним і мінімальним тиском; зазвичай
. Приймаються .
Номінальний тиск в подушці бака пального:
.

5.1.2 Розрахунок "холодної" системи наддуву для бака пального

Потрібних обсяг акумулятора тиску:
,
де - Коефіцієнт запасу;
- Коефіцієнт адіабати азоту;
- Початковий тиск в акумуляторі тиску. Вибирається з діапазону
. Приймаються ;
- Кінцевий тиск в акумуляторі тиску.
Радіус шарбаллона:
.
Товщина стінки шарбаллона:
;
де - Коефіцієнт запасу;
- Межа міцності для титанового сплаву ВТ6.
Зовнішній обсяг шарбаллона:

.
Обсяг оболонки шарбаллона:
.
Маса конструкції шарбаллона (включаючи масу додаткових пристроїв і елементів кріплення):
.
Маса робочого тіла (азоту):
,
де - Газова стала для азоту;
- Температура газу наддуву.
Маса «холодної» системи наддуву для бака пального:
.

5.1.3 Розрахунок "холодної" системи наддуву з підігрівом для бака пального

Потрібних обсяг акумулятора тиску:
,
де - Температура входу газу наддуву в бак.
Радіус шарбаллона:
.
Товщина стінки шарбаллона:
.
Зовнішній обсяг шарбаллона:
.
Обсяг оболонки шарбаллона:
.
Маса конструкції шарбаллона (включаючи масу додаткових пристроїв і елементів кріплення):
.
Маса робочого тіла (азоту):

.
Маса "холодної" системи наддуву з підігрівом для бака пального:
.

5.1.4 Визначення тиску в газовій подушці бака окислювача

Розрахунок мінімального тиску
Значення визначається за трьома умовами.
1) Умова бескавітаціонной роботи насоса окислювача в момент старту.
,
де ;
,
де - Швидкість течії компонента в магістралі;
- Висота стовпа рідини.
2) Умова бескавітаціонной роботи насоса окислювача в кінці роботи 1-го рівня.
,
де ;
,
де ; [2]
,
де - Висота залишків незабора.
3) Умова відсутності кавітації на забірний пристрій в кінці роботи ДУ.
,
де ,
;
-Втрати тиску на тарілчастим забірний пристрій:
,
де - Коефіцієнт місцевого опору для тарелі.
З 3-х вибираємо максимальне значення: .
Максимальний тиск в подушці бака окислювача:
;
де .
Номінальний тиск в подушці бака окислювача:
.

5.1.5 Розрахунок "холодної" системи наддуву для бака окислювача

Потрібних обсяг акумулятора тиску:
,
де - Кінцевий тиск в акумуляторі тиску.
Радіус шарбаллона:
.
Товщина стінки шарбаллона:
.
Зовнішній обсяг шарбаллона:
.
Обсяг оболонки шарбаллона:
.
Маса конструкції шарбаллона (включаючи масу додаткових пристроїв і елементів кріплення):

Маса робочого тіла (азоту):
,
де - Газова стала для азоту;
- Температура газу наддуву.
Маса «холодної» системи наддуву для бака пального:
.

5.1.6 Розрахунок "холодної" системи наддуву з підігрівом для бака окислювача

Потрібних обсяг акумулятора тиску:
,
де - Температура входу газу наддуву в бак.
Радіус шарбаллона:
.
Товщина стінки шарбаллона:
.
Зовнішній обсяг шарбаллона:
.
Обсяг оболонки шарбаллона:
.
Маса конструкції шарбаллона (включаючи масу додаткових пристроїв і елементів кріплення):

Маса робочого тіла (азоту):
.
Маса "холодної" системи наддуву з підігрівом для бака пального:
.

5.2 Оціночний розрахунок маси і габаритів "гарячої" системи наддуву
Виконання розрахунку

5.2.1 Бак пального

Бак пального надувається відібраним після турбіни «м'ятим» газом від основного газогенератора.
Для визначення маси конструкції гарячої системи наддуву існує емпірична залежність:
.
Приймаємо: .
,
де - Маса робочого тіла:
;
- Ефективна працездатність газу, при визначається за формулою:
,
де .

5.2.2 Бак окислювача

Бак окислювача надувається основним компонентом палива (киснем), що пройшов через теплообмінник.
;
;
- Ефективна працездатність кисню при :
.
.
Висновок:
Маса холодної системи наддуву для обох баків:
.
Маса холодної системи наддуву з підігрівом газу для обох баків:
.
Маса гарячої системи наддуву:

.
Як видно з результатів розрахунку «холодна» система наддуву навіть з підігрівом газу має значну масу та розміри. Тому будемо використовувати «гарячу» систему наддуву:
для пального - від основного ЖГГ з відбором газу до турбіни;
для окислювача - з відбором частини компонента після насоса і його випаровуванням в теплообміннику.

6. Опис схеми ПГС та її робота на всіх етапах функціонування
6.1 Опис схеми ПГС
ПГС - сукупність пневмогідравлічних пристроїв РРДУ, що складаються з ПГС одного або декількох РРД, паливних баків (ТБ), витратних магістралей, допоміжних пристроїв і систем, що забезпечують заправку ТБ компонентами палива (КТ), зарядку акумуляторів тиску, зберігання робочих продуктів без зміни їх властивостей в заданому діапазоні параметрів, передпусковий і основний наддуву баків, безперервну подачу КТ у КС ДУ, роботу агрегатів автоматики і регулювання відповідно до циклограми роботи і програмою польоту.
ПГС включає в себе наступні комплексні системи:
- Паливна система - сукупність пневмогідравлічних пристроїв, що забезпечують зберігання КТ, харчування КТ РРД для їх нормального функціонування при старті і в польоті. У неї входять баки окислювача і пального (БО, БГ), газогенератор (ЖГГ), насоси окислювача і пального (АЛЕ, НГ), витратні магістралі з електропневмоклапанамі (ЕПК) і дроселями (Д).
- Система заправки - сукупність пристроїв, що забезпечують заправку, насичення газом, дозаправку, слив і повторну заправку КТ. У неї входять магістралі 106, 107 з заправочно-зливними клапанами ЗСК1 і ЗСК2, а також ЕПК7 і Д12.
- Система попереднього наддуву - сукупність пристроїв, що забезпечують наддування (поднаддув) ТБ до виходу на режим системи основного наддуву. Складається з магістралей 104, 105. БО надувається підігрітим киснем, а БГ - повітрям.
- Система основного наддуву - сукупність пристроїв, що забезпечують наддування ТБ при працюючій ДУ. Наддування БГ проводиться газом, відібраним до турбіни. Система основного наддуву БГ включає в себе зворотний клапан КО1 і дросель Д1. Наддування БО проводиться КТ (киснем), які пройшли через випарник І. Система основного наддуву БО включає в себе КО2 і Д6.
- Система пневматичним агрегатами складається з бортбаллона ББ1, магістралей підведення керуючого тиску 101, 102, 103.
- Система регулювання уявної швидкості (РКС) - сукупність пристроїв, що забезпечують кінцеві параметри ЛА наприкінці активної ділянки траєкторії (АУТ) за рахунок зміни тяги ДУ. РКС складається з дроселів Д2 і Д3, регулюючих по командах системи управління подачу КТ у ЖГГ.
- Система одночасного спорожнення баків (СВБ) - забезпечує одночасне витрачення КТ з баків до моменту виключення двигуна шляхом зміни в допустимих межах коефіцієнта співвідношення КТ ( ). Система включає в себе два датчики ДСОБ1 і ДСОБ2. Регулювання коефіцієнта здійснюється за допомогою регульованих дроселів Д5 і Д8.
- Система контролю рівня - призначена для дистанційного вимірювання рівнів КТ у ТБ і видачі командних сигналів на заправні засоби. Складається з датчиків ДСКУ1 і ДСКУ2, розміщених на верхніх днищах ТБ.
6.2 Опис роботи ПГС
6.2.1 Підготовка ракети до запуску

Підготовка ракети до заправки

Перед заправкою ракети в пневмомагистрали 101, 102 і 103 подається стисле повітря. Потім подається напруга на нормально закриті електропневмоклапани ЕПК8 і ЕПК10, внаслідок чого вони відкриваються і стиснене повітря через фільтри Ф1, Ф3 та дроселі Д7, Д15 надходить до дренажно-запобіжним клапанів ДПК1 і ДПК2. Під впливом стислого повітря ДПК1 і ДПК2 відкриваються, забезпечуючи дренаж знаходиться в ТБ газу в атмосферу. Поданий по пневмомагистрали 101 стиснене повітря, проходячи через дросель Д10 відкриває заправочно-зливний клапан ЗСК1.

Заправка ракети паливом

Так як один з КТ (окислювач) є криогенним, то попередньо потрібно зробити захолажіваніе БО та підвідних трубопроводів. Для цього подається напруга на нормально закриті ЕПК 15 і ЕПК 7, внаслідок чого вони відкриваються, і окислювач в певній кількості надходить у бак по магістралі 106. Після чого з ЕПК7 і ЕПК15 знімається напруга і вони закриваються.
Подається напруга на нормально закритий ЕПК9, внаслідок чого він відкривається, і стиснене повітря, проходячи по пневмомагистрали 102 через фільтр Ф2 і дросель Д11, відкриває ЗСК2.
Після відкриття ЗСК2 починається подача КТ в лінії 106 і 107. Подається напруга на нормально закриті ЕПК15 і ЕПК16, після чого вони відкриваються і КТ, проходячи через ЕПК15, ЕПК16, ЗСК1 і ЗСК2, надходять в баки ракети.
Для вимірювання рівня КТ в ТБ при заправці використовуються датчики системи контролю рівня ДСКУ1 і ДСКУ2. Після подачі сигналів датчиками СКУ знімається напруга з електропневмоклапанов ЕПК15 і ЕПК16 (клапани закриваються) - припиняється надходження КТ у ТБ. Одночасно із зняттям напруги з ЕПК15 і ЕПК16, знімається напруга з ЕПК8, ЕПК9 і ЕПК10 - клапани закриваються; припиняється надходження стисненого повітря до ЗСК1, ЗСК2, ДПК1 і ДПК2, що призводить до їх закриття. Заправка завершена.

Зарядка бортбаллона
Зарядка бортбаллона проводиться після подачі напруги на нормально закритий ЕПК13, при цьому клапан відкривається. Стиснутий повітря по пневмомагистрали 108 нагнітається в ББ1 через зворотний клапан КО5. Величина тиску в бортбаллоне контролюється датчиком тиску ДД5. При перевищенні тиском допустимої величини відкривається запобіжний клапан ЕПК18 і повітря стравлюється в атмосферу. При досягненні тиском заданої величини напругу з ЕПК13 знімається і він закривається. Зарядка бортбаллона завершена.

Попередній наддування баків

Здійснюється за пневмомагистраль 104 і 105. Наддування БГ проводиться підігрітим повітрям, а БО - підігрітим киснем.
Напруга подається на нормально закриті ЕПК11 і ЕПК12, вони відкриваються і газ наддуву через дроселі Д13 і Д14 подається в баки. Тиску газів наддуву в магістралях контролюється датчиками тиску ДД6 і ДД7. При досягненні необхідного тиску в газових подушках ТБ, датчики ДД6 і ДД7 подають команду на припинення подачі газу. Для цього знімається напруга з ЕПК11 і ЕПК12. Попередній наддування баків зроблений.
6.2.2 Запуск двигуна
Запуск двигуна на попередню сходинку
Подається напруга на піромембрани ПМ1 і ПМ2 (відбувається їх прорив), одночасно з цим подається напруга на нормально закриті клапани попереднього ступеня ЕПК1 і ЕПК6 (вони відкриваються), а також на пороховій газогенератор ПГГ. Тиск порохових газів від ПГГ впливає на лопатки турбінного колеса, внаслідок чого відбувається розкручування ротора ТНА і одночасна подача КТ під дією гідростатичного тиску і тиску наддуву в насоси. Частина КТ починає надходити через нормально відкриті клапани ЕПК3 і ЕПК4, дроселі Д2 і Д3 в рідинний газогенератор ЖГГ, де запалюється піропатронів пп1. Інша частина КТ надходить через ЕПК1, Д4, Д5 і ЕПК6, Д9, Д8 в КС ДУ, де запалюється за допомогою піропатронів ПП2 - ПП5.
Запуск двигуна на режим головною щаблі
Після досягнення в камерах згоряння стійкого горіння КТ і заданого тиску, яке контролюється датчиками тисків ДД1 - ДД4, подається напруга на нормально закриті клапани ЕПК2 і ЕПК5, клапани відкриваються. Стиснене повітря з бортбаллона ББ1 надходить до головних клапанів ДКО і ГКГ. Двигун перемикається на режим головною щаблі.
6.2.3 Робота ПГС в польоті
У польоті наддування ТБ здійснюється наступним чином. Після АЛЕ частина компонента йде через дросель Д15 у випарник І, де газифікується, і далі по трубопроводу через дросель Д6 і зворотний клапан КО2 надходить в бак окислювача. Бак пального надувається газом, відбираються перед турбіною і проходить через дросель Д1 і КО1.
Тиск наддуву в баках контролюється за допомогою датчиків тиску ДД6 і ДД7, які подають сигнал на відкриття ДПК1 і ДПК2 у разі перевищення заданого тиску газу наддуву.
Регулювання тяги ДУ здійснюється системою РКС шляхом використання регульованих дроселів Д2 і Д3.
Робота СВБ забезпечується датчиками ДСОБ1, ДСОБ2 і регульованими дроселями Д5, Д8.
6.2.4 Вимкнення ДУ
Будемо використовувати двоступенева вимкнення ДУ, при якому двигун переводиться спочатку на режим зниженої тяги.

Режим зниженої тяги
Після подачі команди на зупинення двигуна регульовані дроселі Д3, Д2 переводяться на знижена витрата КТ. Швидкість обертання ротора ТНА зменшується, отже, зменшується кількість КТ, що подаються в КС двигуна і ЖГГ, падає тиск у газових подушках БО і БГ. Це призводить до зменшення тяги, що розвивається ДУ.
Зупинка двигуна
Для остаточного виключення ДУ подається напруга для закриття нормально відкритих клапанів ЕПК3 і ЕПК4. Подача компонентів у ЖГГ припиняється, отже, припиняється і наддування баків, що веде до зменшення кількості палива, що надходить в КС ДУ.
Одночасно із закриттям клапанів ЕПК3 і ЕПК4 подається напруга на нормально закритий клапан ЕПК18, внаслідок чого він відкривається. Повітря з бортбаллона ББ1, магістралей управління головними клапанами (ДКО і ГКГ) стравлюється за борт ракети. ДКО і ГКГ закриваються. Знімається напруга з ЕПК2 і ЕПК5, внаслідок чого вони закриваються.
Двигун щаблі зупинений.
6.2.5 Аварійний режим роботи ПГС
Вимикання двигуна на аварійному режимі відбувається одноступінчастої.
Якщо в камерах згоряння на старті не утворюється стійке горіння, то відбувається одночасне закриття клапанів ЕПК3, ЕПК4, ЕПК1, ЕПК6 і відкриття клапанів ЕПК18, ДПК1, ДПК2. Таким чином, відбувається одноступінчаста вимикання двигуна і підбурювання повітря з бортових ємностей.
При аварійному режимі в польоті необхідно подати напругу на запобіжний клапан ЕПК18, щоб стравити тиск з бортбаллона ББ1, а також на ДПК1, ДПК2. При аварійному (одноступінчастому) виключенні одночасно обесточиваются ЕПК3 і ЕПК4.

7. Вибір діаметрів трубопроводів окислювача і пального
Вихідні дані:
Повна висота бака пального ;
Повна висота бака окислювача ;
Діаметр бака пального ;
Діаметр бака окислювача ;
Масовий секундний витрата пального ;
Масовий секундний витрата окислювача ;
Щільність пального ;
Щільність окислювача ;
Коефіцієнт обсягу газової подушки БГ ;
Коефіцієнт обсягу газової подушки БО ;
Мінімальний тиск наддуву в баку пального ;
Мінімальний тиск наддуву в баку окислювача ;
Матеріал стінок бака пального АМг6;
Матеріал стінок трубопроводу АМг6;
Середня шорсткість поверхні трубопроводів ;
Характеристики матеріалу АМг6:
межа міцності ;
щільність .
Виконання розрахунку:
Розрахунок діаметра трубопроводу пального
- Маса паливної системи пального,
де - Маса бака пального;
- Маса робочого тіла наддуву бака пального;
- Маса трубопроводу пального.
Маса бака пального:
,
де .
Маса трубопроводу:
,
де ;
- Приведена довжина трубопроводу пального (від забірного пристрою до входу в насос).
Маса робочого тіла наддуву бака пального:
,
де ;
- Ефективна працездатність газу.
Сумарні втрати тиску в трубопроводі пального:
,
де - Втрати тиску на створення швидкості;
- Швидкість руху пального в трубопроводі.
- Втрати тиску на тертя між рухається рідиною і стінками трубопроводу;
- Коефіцієнт втрат на тертя (залежить від режиму течії рідини);
- Місцеві втрати;
- Сумарний коефіцієнт місцевих опорів.
Маса паливної системи пального:
.
Задамося кількома значеннями діаметра трубопроводу пального і зробимо розрахунок за наведеними вище виразами. Після чого побудуємо графік залежності маси паливної системи пального від діаметра трубопроводу (рис.9) і дані обчислень зведемо в таблицю (табл.1).


Рис.9. Графік залежності маси паливної системи пального від діаметра трубопроводу
Таблиця 1
За ГОСТ 18482-79 вибираємо діаметр трубопроводу пального рівним .

Розрахунок діаметра трубопроводу окислювача
- Маса паливної системи окислювача,
де - Маса бака окислювача;
- Маса робочого тіла наддуву бака окислювача;
- Маса трубопроводу окислювача.
Маса бака окислювача:
,
де
.
Маса трубопроводу:
,
де ;
- Приведена довжина трубопроводу окислювача (від забірного пристрою до входу в насос).
Маса робочого тіла наддуву бака окислювача:
,

де ;
- Ефективна працездатність газу.
Сумарні втрати тиску в трубопроводі окислювача:
,
де - Втрати тиску на створення швидкості;
- Швидкість руху окислювача в трубопроводі.
- Втрати тиску на тертя між рухається рідиною і стінками трубопроводу;
- Коефіцієнт втрат на тертя (залежить від режиму течії рідини);
- Місцеві втрати;
- Сумарний коефіцієнт місцевих опорів.
Маса паливної системи окислювача:
.
Задамося кількома значеннями діаметра трубопроводу окислювача і зробимо розрахунок за наведеними вище виразами. Після чого побудуємо графік залежності маси паливної системи окислювача від діаметра трубопроводу (рис.10) і дані обчислень зведемо в таблицю (табл.2).


Рис.10. Графік залежності маси паливної системи окислювача від діаметра трубопроводу
Таблиця 2

, М	, М / с	, Па	, М
0.13	19.726	1.333	1327	-
0.14	17.009	9.911	1028	22.545
0.15	14.817	7.521	818.581	20.344
0.16	13.022	5.81	668.908	18.285
0.17	11.535	4.559	559.482	16.359
0.18	10.289	3.627	477.989	14.566
0.19	9.235	2.922	416.295	12.907
0.2	8.334	2.38	368.9	11.385
0.21	7.559		332.007	10.001
0.22	6.888	1.625	302.946	8.753
0.23	6.302	1.361	279.805	7.638
0.24	5.788	1.148	261.197	6.65

За ГОСТ 18482-79 вибираємо діаметр трубопроводу окислювача рівним .

8. Вибір типів забірних пристроїв і розрахунок залишків незабора
Забірні пристрої (ЗП) ТБ, призначені для забезпечення безперебійного надходження компонентів палива з баків у паливні магістралі при всіх заданих режимах роботи РРД. Порушення подачі палива, що викликаються воронкоутворення, кавітацією або динамічним «провалом» рівня вільної поверхні палива, що виявляється в нерівномірному опусканні палива, неприпустимі.
Конструкція ЗУ залежить від області застосування ЛА, а також від конструктивного виконання і компонування ТБ і ДУ.
На маломаневренних ЛА зазвичай застосовуються тарілчасті або сифонні ЗУ.
При зливі КТ через зливний отвір в баку в кінці спорожнення утворюється воронка, яка веде до двофазному течією в зливному трубопроводі.
Перехід до двофазному течією при вихровому воронкоутворення відбувається при великих висотах рівня, ніж при виникненні воронки без обертання. Тому для зменшення залишків незабора застосовують ЗУ, що знижують величину критичного рівня.
На величину залишків незабора палива впливають:
1. форма паливного бака;
2. форма днища, з якого проводиться забір КТ;
3. місце відбору (центральне або бічний);
4. спосіб, який застосовується для виключення вихровий воронки;
5. масовий секундний витрата КТ.
Для бака окислювача вибираємо тарілчасті ЗУ з центральним відбором КТ, а для бака пального - тарілчасті ЗУ з бічним відбором КТ.

8.1 Вибір типів і основних геометричних розмірів забірних пристроїв
Розрахунок проводиться згідно [4].
Вибір основних розмірів забірного пристрою бака окислювача
Діаметр тарелі:
.
Висота установки тарелі:
.
Радіус переходу в сполученні днище - трубопровід:
.
Діаметр ребер тарелі:
.
Радіус внутрішнього контуру тарелі:
.


Рис.11. Схема забірного пристрою бака окислювача
Вибір основних розмірів забірного пристрою бака пального
Діаметр тарелі:
.
Висота установки тарелі:
.
Радіус переходу в сполученні днище - трубопровід:
.
Діаметр ребер тарелі:
.
Радіус внутрішнього контуру тарелі:

.

Рис.12. Схема забірного пристрою бака пального
8.2 Розрахунок повних залишків незабора
Вихідні дані:
Кінематична в'язкість окислювача ;
Кінематична в'язкість пального ;
Коефіцієнт поверхневого натягу окислювача ;
Коефіцієнт поверхневого натягу пального .
Розрахунок повних залишків незабора окислювача
Число Рейнольдса:
.

Число Фруда:
,
де - Прискорення вільного падіння.
Допоміжні коефіцієнти:
.
.
.
Відносний критичний рівень:

Висота рівня рідини при якій відбувається прорив газу в зливний трубопровід:
.

Залишки незабора для ТБ з сферичним днищем і центральним розташуванням ЗУ:
,
де - Радіус бака;
- Коефіцієнт, що враховує обсяг повітряної лійки;
- Коефіцієнт, що враховує форму днища;
.
Залишки незабора на поздовжніх елементах ТБ
.
Середня товщина плівки на поздовжньому силовому наборі:
.
,
де - Швидкість
опускання рівня рідини в паливному баку.
Змочуємо бокова поверхня бака:
.
Змочувати поверхню силового набору (гасителів коливань) бака:
,
де - Ширина елемента силового набору;
n = 4 - кількість елементів силового набору.
Залишки незабора на поперечних елементах ТБ
.
Середня товщина плівки на поперечному силовому наборі:
.
Змочувати поверхню бака:
,
де - Висота сферичного днища.

Залишки окислювача в магістралях
;
де - Довжина трубопроводу від бака до входу в насос окислювача.
Сумарні залишки незабора окислювача

Сумарна маса залишків незабора окислювача
.
Розрахунок повних залишків незабора пального
Число Рейнольдса:
.
Число Фруда:
.

Допоміжні коефіцієнти:
.
.
.
Відносний критичний рівень:

Висота рівня рідини при якій відбувається прорив газу в зливний трубопровід:
.
Залишки незабора для ТБ з сферичним днищем і бічним розташуванням ЗУ:

де

- Висота застійної зони (визначаємо після прочерчіваніі ЗУ);
- Радіус тунельної труби.
Залишки незабора на поздовжніх елементах ТБ

Середня товщина плівки на поздовжньому силовому наборі:
.
,
де - Швидкість опускання рівня рідини в паливному баку.
Змочуємо бокова поверхня бака:
.
Змочувати поверхню силового набору (гасителів коливань) бака:
.
Змочувати поверхню тунельної труби:
.
Залишки незабора на поперечних елементах ТБ
.
Середня товщина плівки на поперечному силовому наборі:
.
Змочувати поверхню бака:
.
Залишки пального в магістралях
;
де - Довжина трубопроводу від бака до входу в насос пального.
Сумарні залишки незабора пального

Сумарна маса залишків незабора пального
.
9. Розрахунок гідравлічних втрат в магістралях трубопроводів
Розрахунок проводиться згідно [4].

Рис.13. Розрахункові схеми магістралей пального (а) та магістралей окислювача (б)
Вихідні дані:
Довжина основної магістралі окислювача (ЗУ - насос) ;
Довжина основної магістралі пального (ЗУ - насос) ;
Довжина живильної магістралі окислювача (насос - КС) ;
Довжина живильної магістралі пального (насос - КС) .
9.1 Розрахунок гідравлічних втрат в магістралях пального
Розрахунок втрат у трубопроводі пального від ЗУ до входу в насос
Раніше було отримано:

- Діаметр трубопроводу пального від ЗУ до насоса пального ;
- Швидкість пального в трубопроводі .
Визначаємо число Рейнольдса:
.
Визначаємо коефіцієнт тертя:
,
де - Середня шорсткість поверхні трубопроводів діаметром .
Визначаємо втрати тиску на тертя:
.
Визначаємо втрати тиску на створення швидкості:
.
Визначаємо втрати тиску на місцевих опорах:
,
де - Коефіцієнт місцевих втрат на забірний пристрій.
; Приймаємо ;
- Коефіцієнт місцевих втрат на піромембране.
; Приймаємо .
Визначаємо сумарні втрати тиску:
.
Розрахунок втрат у трубопроводі пального від насоса пального до КС
Оскільки витрата компонента значний, то швидкість течії рідини на ділянці від насоса пального до камери згоряння приймемо рівної .
Діаметр трубопроводу:
,
Остаточно приймаємо .
Перераховуємо швидкість течії:
.
Визначаємо число Рейнольдса:
.
Визначаємо коефіцієнт тертя:
.
Визначаємо втрати тиску на тертя:
.
Визначаємо втрати тиску на створення швидкості:
.
Визначаємо втрати тиску на місцевих опорах:

де - Коефіцієнт місцевих втрат на розгалуження потоку.
; Приймаємо ;
- Коефіцієнт місцевих втрат на клапані. Приймаються ;
- Коефіцієнт місцевих втрат на дроселі. Приймаються ;
Визначаємо сумарні втрати тиску:
.

Сумарні втрати тиску в трубопроводі пального від ЗУ до КС
.
9.2 Розрахунок гідравлічних втрат в магістралях окислювача
Розрахунок втрат у трубопроводі окислювача від ЗУ до входу в насос
Раніше було отримано:
- Діаметр трубопроводу окислювача від ЗУ до насоса окислювача ;
- Швидкість пального в трубопроводі .
Визначаємо число Рейнольдса:
.
Визначаємо коефіцієнт тертя:
,
де - Середня шорсткість поверхні трубопроводів діаметром .
Визначаємо втрати тиску на тертя:
.
Визначаємо втрати тиску на створення швидкості:
.
Визначаємо втрати тиску на місцевих опорах:
,
де - Коефіцієнт місцевих втрат на забірний пристрій.
; Приймаємо ;
- Коефіцієнт місцевих втрат на піромембране.
; Приймаємо .
Визначаємо сумарні втрати тиску:
.
Розрахунок втрат у трубопроводі окислювача від насоса окислювача до КС
Оскільки витрата компонента значний, то швидкість течії рідини на ділянці від насоса окислювача до камери згоряння приймемо рівної .
Діаметр трубопроводу:
,
Остаточно приймаємо .
Перераховуємо швидкість течії:

.
Визначаємо число Рейнольдса:
.
Визначаємо коефіцієнт тертя:
.
Визначаємо втрати тиску на тертя:
.
Визначаємо втрати тиску на створення швидкості:
.
Визначаємо втрати тиску на місцевих опорах:

де - Коефіцієнт місцевих втрат на розгалуження потоку.
; Приймаємо ;
- Коефіцієнт місцевих втрат на клапані. Приймаються ;
- Коефіцієнт місцевих втрат на дроселі. Приймаються ;
Визначаємо сумарні втрати тиску:
.
Сумарні втрати тиску в трубопроводі окислювача від ЗУ до КС
.

10. Уточнений розрахунок паливного відсіку
Вихідні дані:
Довжина основної магістралі окислювача (ЗУ - насос) ;
Довжина основної магістралі пального (ЗУ - насос) ;
Діаметр трубопроводу пального від ЗУ до НГ ;
Діаметр трубопроводу окислювача від ЗУ до АЛЕ ;
Діаметр тунельної труби ;
Коефіцієнт обсягу повітряної подушки ;
Обсяг залишків незабора для БГ ;
Обсяг залишків незабора для БО ;
Робочий об'єм пального ;

Робочий об'єм окислювача ;
Діаметр щаблі .
Виконання розрахунку:
З розрахунку, виконаного в пункті 3.2, візьмемо наступні дані:
- Радіус сфери верхнього та нижнього днищ баків;
- Висота верхнього та нижнього днищ баків;
- Обсяг сферичного сегмента днищ.


Рис.14. Розрахункова схема бака пального
Бак пального
Обсяг палива в трубопроводі пального:
.
Обсяг пального, що знаходиться в баку:
.
Обсяг пального в нижньому сферичному сегменті БГ з урахуванням обсягу тунельної труби:

Висоту циліндричної частини бака пального обчислимо за допомогою ітерацій:

Отримаємо: .
Повна висота бака пального:
.
Обсяг тунельної труби:
.
Повний обсяг бака пального:

Повний обсяг заправляється пального:
.
Обсяг пального в циліндричній частині БГ з урахуванням обсягу тунельної труби:

.
Обсяг пального у верхній сфері БГ з урахуванням обсягу тунельної труби:
.
Обсяг повітряної подушки:
.
Висота повітряної подушки від верхнього полюса бака:

Одержуємо: .
Висота дзеркала пального від нижнього полюса бака:

Бак окислювача
Обсяг палива в трубопроводі окислювача
.
Обсяг пального, що знаходиться в баку:
.
Повний обсяг бака окислювача:
.
Повний обсяг заправляється окислювача:
.
Висота циліндричної частини бака окислювача:
.
Повна висота бака окислювача:
.
Обсяг повітряної подушки:
.
Висота повітряної подушки від верхнього полюса бака:

Одержуємо: .
Висота дзеркала пального від нижнього полюса бака:
.

11. Розрахунок елемента автоматики
Розрахунок проводиться згідно [4].
Дренажно-запобіжні клапани призначені для захисту ємностей і порожнин системи від впливу надмірного тиску газу, який перевищує припустиме значення. Основними параметрами ДПК є тиск , При якому гарантується допустима негерметичність клапана, і тиск , При якому клапан пропускає задану витрату газу .
Витрата газу через ДПК:
,
де - Коефіцієнт витрати;
- Площа прохідного перетину;
- Діаметр сідла клапана;
- Висота підйому тарелі клапана над сідлом;
- Величина, яка залежить від характеру витікання газу через Лапан і визначається співвідношенням вхідного і вихідного тисків.
Для надкритичного режиму закінчення:
і .
Для поліпшення характеристик ДПК відносна висота підйому його тарелі над сідлом вибирається з умови .


Рис.15. Розрахункова схема ДПК
Вихідні дані:
Коефіцієнт адіабати для кисню ;
Повний тиск газу на вході в клапан ;
Газова постійна газу наддуву ;
Температура газу на вході в клапан ;
Масовий секундний витрата газу через клапан ;
Зусилля, що розвивається електромагнітом ДПК .
Виконання розрахунку:
.
Визначаємо еквівалентний діаметр сідла клапана:
,

Де .
Визначаємо площу прохідного перетину клапана:
.
Визначаємо висоту підйому клапана:
.
Приймаємо: .
Уточнюємо еквівалентний діаметр:
.
Визначаємо діаметр сідла клапана:
,
де - Діаметр штока; приймаємо.
Приймаємо:
Уточнюємо прохідну площа клапана:
.

Визначаємо жорсткість пружини клапана:
.
Використовуючи довідник [7], вибираємо пружину № 182 ГОСТ 13766-86.


12. Розрахунок часу заправки
Розрахунок проводиться згідно [4].
Вихідні дані:
Витрата заправної системи .
Виконання розрахунку:
Час заправки:
;
.
Загальний час заправки баків ступені:
.
.

13. Вплив компонентів палива на екологію
Токсичність КТ.
Гранично допустима концентрація (ГДК):
- Кисню ;
- Гасу .
Вуглеводневі ракетні горючі в порівнянні з хімічними горючими відрізняються невеликою гігроскопічністю. У пальному типу гасу при розчиняється у 8 разів менше води, ніж у пальному на основі амінів.
Швидкість випаровування пального типу гасу не перевищує в літній період за 1 місяць на 1 парового простору резервуару. Тому при протоках даного КТ існує можливість нейтралізації більшої його частини. [5]
При високотемпературному згорянні даних компонентів палива утворюються оксиди азоту, оксиди сірки, сірководень, вуглекислий і чадний гази, а також велику кількість сажі, що в значній мірі забруднює не тільки атмосферу землі, але і всю її екосистему.

Висновок
У даному курсовому проекті була розроблена схема пневмогідравлічний системи першого ступеня двоступеневої балістичної ракети. Були проведені оціночні, гідравлічні, вагові та інші розрахунки. Складена принципова схема ПГС, вибрано необхідне поєднання і кількість елементів автоматики літального апарату, що складають схему ПГС. Грунтуючись на аналізі систем основного наддуву, обрана «гаряча» система наддуву, що для першого ступеня є найбільш прийнятним варіантом в порівнянні з «холодної» системою наддуву. Виконано розрахунок елемента автоматики (ДПК) і часу заправки щаблі.

Список використаних джерел
1. Конструкція і робота РРД: Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Рідинні ракетні двигуни" / Сост.Л.І. Гречух, І.М. Гречух .- Омськ, Вид-во ОмГТУ, 2005 .- 100 с.: Іл.
2. Шпакович О. В. Курсовий проект з дисципліни "Теорія, розрахунок і проектування РД" .- Омськ: 2006.
3. Шпакович О. В. Курсова робота з дисципліни "Будова і проектування ЛА" .- Омськ: 2006.
4. Пневмогідравлічні системи і автоматика дла: Методичні вказівки до курсового проекту для студентів спеціальностей 130400, 130600 / Укл. А.Б. Яковлєв, В.Ю. Куденцов - Омськ: Изд-во ОмГТУ, 2001 .- 32 с.: Іл.
5. Зріле В.М., Серьогін Є.П. Рідкі ракетні палива. М.: Хімія, 1975 .- 320 с.: Іл.
6. Ануров В.І. Довідник конструктора-машинобудівника: У 3 т. Т.1. - 8 - е вид., Перераб. і доп .- М.: Машинобудування, 2001. - 920 с.: Іл.
7. Ануров В.І. Довідник конструктора-машинобудівника: У 3 т. Т.3. - 8 - е вид., Перераб. і доп .- М.: Машинобудування, 2001. - 864 с.: Іл.