Конструкция и проектирование комбинированных ракетных двигателей на твердом топливе
Покупка
Тематика:
Ракетное оружие
Под ред.:
Сорокин Владимир Алексеевич
Год издания: 2014
Кол-во страниц: 304
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-3984-3
Артикул: 602197.03.99
Доступ онлайн
В корзину
Изложены основы комплексного проектирования и экспериментальной отработки комбинированных ракетных (ракетно-прямоточных) двигателей на твердом топливе. Центральное место в книге занимает методология расчетно-конструкторской разработки двигателей различных схем для выбора базовой компоновки на этапе технического предложения. Приведены конструктивно-компоновочные схемы и конструкции узлов комбинированных двигателей.
Для студентов старших курсов и аспирантов авиа- и ракетостроительных специальностей высших технических учебных заведений, научных работников и инженеров, занимающихся разработкой, проектированием и испытаниями высокоскоростных летательных аппаратов и комбинированных ракетных двигательных установок на основе ракетно-прямоточного двигателя на твердом топливе.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 355: Военное искусство. Военные науки. Оборона страны. Вооруженные силы
- 6297: Авиация и космонавтика. Летательные аппараты. Ракетная техника. Космическая техника
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 24.03.04: Авиастроение
- ВО - Магистратура
- 24.04.04: Авиастроение
- ВО - Специалитет
- 24.05.02: Проектирование авиационных и ракетных двигателей
- Аспирантура
- 24.06.01: Авиационная и ракетно-космическая техника
- 25.06.01: Аэронавигация и эксплуатация авиационной и ракетно-космической техники
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Конструкция и проектирование комбинированных ракетных двигателей на твердом топливе Под общей редакцией д-ра техн. наук В.А. Сорокина Издание второе, переработанное и дополненное Допущено Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Авиационная и ракетно-космическая техника», специальности «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» направления подготовки дип ломированных специалистов «Двигатели летательных аппаратов» Москва 2014
УДК 629.7.036.22.001(075.8) ББК 68.52 К65 А в т о р ы : Б.В. Обносов, В.А. Сорокин, Л.С. Яновский, Д.А. Ягодников, В.П. Францкевич, Н.П. Животов, Е.В. Суриков, Г.Г. Кобко, М.А. Тихомиров, М.С. Шаров Р е ц е н з е н т ы : кафедра «Конструкция и проектирование двигателей летательных аппаратов» Московского авиационного института (национального исследовательского университета) (заведующий кафедрой д-р техн. наук, проф. Ю.А. Равикович); д-р техн. наук, проф. Г.Н. Амарантов Конструкция и проектирование комбинированных ракетных К65 двигателей на твердом топливе : учеб. / [Б. В. Обносов и др.] ; под общ. ред. В. А. Сорокина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – 303, [1] с. : ил. ISBN 978-5-7038-3984-3 Изложены основы комплексного проектирования и экспериментальной отработки комбинированных ракетных (ракетно-прямоточных) двигателей на твердом топливе. Центральное место в книге занимает методология рас- четно-конструкторской разработки двигателей различных схем для выбора базовой компоновки на этапе технического предложения. Приведены кон- структивно-компоновочные схемы и конструкции узлов комбинированных двигателей. Для студентов старших курсов и аспирантов авиа- и ракетостроительных специальностей высших технических учебных заведений, научных работни- ков и инженеров, занимающихся разработкой, проектированием и испытани- ями высокоскоростных летательных аппаратов и комбинированных ракет- ных двигательных установок на основе ракетно-прямоточного двигателя на твердом топливе. УДК 629.7.036.22.001(075.8) ББК 68.52 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, ISBN 978-5-7038-3984-3 2014
Предисловие ко второму изданию Вышедшее в 2012 г. учебное пособие «Конструкция и проек- тирование комбинированных ракетных двигателей на твердом топливе» явилось отражением возникшей в начале XXI века по- требности в наличии научных и инженерно-технических кадров, способных реализовать на практике задачи разработки реактив- ных двигательных установок для перспективных летательных аппаратов. В это же время в ведущих высших учебных заведени- ях России, в частности Московском государственном техниче- ском университете им. Н.Э. Баумана, Московском авиационном институте, Пермском национальном исследовательском техни- ческом университете и других началось обучение студентов по дисциплине «Авиационная и ракетно-космическая техника», направленное на формирование у выпускников как общепрофес- сиональных, так и профессионально-специализированных ком- петенций, обеспечивающих способность выполнять расчеты па- раметров рабочего процесса, напряженно-деформированного и теплового состояния, а также осуществлять конструирование деталей, узлов и элементов ракетных-прямоточных двигателей на твердом топливе. Содержащийся в первом издании информационный и методи- ческий материал был использован базовыми кафедрами указан- ных высших учебных заведений в процессе разработки учебно- методических комплексов и основных образовательных программ, включающих в себя программы дисциплин, методические указа- ния и руководство по решению задач; создания наглядных посо- бий, раздаточных материалов, электронных обучающих средств, контрольно-измерительных материалов и др. В то же время не были в достаточном объеме рассмотрены вопросы, связанные с применением твердых топлив и оценкой их эффективности. Учитывая данное обстоятельство, а также отзывы и рекомендации
научно-педагогических работников, авторы сочли необходимым при подготовке второго, исправленного и дополненного, издания включить в учебник дополнительную главу, содержащую фактиче- ский материал о составе, термодинамических характеристиках, а также перспективах использования твердых борсодержащих то- плив в РПД. Кроме того, во втором издании были исправлены за- меченные опечатки и неточности. Предисловие ко второму изданию
Предисловие В последние годы в нашей стране и за рубежом тактическое ра- кетное вооружение, наряду с ростом могущества и развитием си- стем управления и наведения, т. е. повышением эффективности ис- пользования вооружения в составе боевых комплексов, развивается по пути совершенствования двигательных установок на базе комби- нированных ракетно-прямоточных двигателей (КРПД) на твердом топливе (ТТ) (далее комбинированный ракетно-прямоточный дви- гатель на твердом топливе (КРПДТ)). В таких комбинированных двигательных установках (КДУ) бла- годаря интеграции разных двигателей наилучшим образом реализу- ются преимущества ракетных двигателей в стартово-разгонной сту- пени и высокие экономические показатели ракетно-прямоточных двигателей на твердом топливе (РПДТ) – в маршевой ступени. Особенность КДУ заключается в том, что их разрабатывают в качестве интегрированной с ЛА системы, что предопределяет ме- тодологию их комплексного проектирования и экспериментальной отработки. Точность расчетов параметров рабочего процесса, гео- метрических, тягово-экономических характеристик и надежность создаваемых КРПДТ в значительной мере определяется степенью совершенства как теоретических основ и инженерных методов про- ектирования, так и экспериментальной отработки двигателей. Этот фактор обусловливает необходимость и актуальность развития на- учного, методического и инженерного обеспечения проектно-кон- структорских работ по созданию КРПДТ. В учебном пособии изложена методология расчетно-конструк- торской разработки КРПДТ различных (возможных) схем с обосно- ванием выбранных массогабаритных параметров КДУ и ее состав- ных агрегатов с описанием методов расчетных исследований дроссельных характеристик воздухозаборных устройств (ВЗУ), вы- сотно-скоростных и тягово-экономических характеристик, прочно-
Предисловие сти основных силовых агрегатов конструкции в условиях аэродина- мического и внутреннего нагрева и др. Для иллюстрации выбора компоновки КРПДТ, удовлетворяю- щей требованиям технического задания, рассмотрены конструктив- ные схемы КДУ, различающиеся количеством, формой и местом расположения ВЗУ и других устройств, на примере ЛА класса воз- дух – воздух, к которым предъявляют наиболее жесткие требования к массогабаритным параметрам. Сравнительный анализ различных компоновок КДУ выполнен на основе верифицированных расчетных методов и методов инже- нерного проектирования КРПДТ. Большой объем книги посвящен конструкциям КРПДТ и их агрегатов. Авторы выражают благодарность коллективу кафедры «Конструкция и проектирование двигателей летательных аппара- тов» Московского авиационного института (национального иссле- довательского университета) (зав. кафедрой – д-р техн. наук, про- фессор Ю.А. Равикович) и Главному конструктору ФГУП «Научно-исследовательский институт полимерных материалов» за- служенному деятелю науки РФ, д-ру техн. наук, профессору Г.H. Амарантову за большую работу по рецензированию рукописи. Авторы считают необходимым выразить признательность кол- легам, с которыми выполнялись отдельные исследования: сотрудни- кам ЦИАМ Н.П. Дулепову, канд. физ.-мат. наук В.А. Степанову и канд. техн. наук В.А. Виноградову, сотрудникам МКБ «Искра» В.А. Любимову, Д.А. Ореханову, П.В. Никитину и Е.А. Стирину, принимавшим участие в выполнении работ при проектировании КРПДТ. Особую благодарность авторы выражают сотрудникам ГосМКБ «Вымпел»: Главному конструктору В.К. Елецкому и на- чальнику отдела двигательных установок В.Н. Афонину, чей опыт и знания были использованы при выполнении исследований в дан- ной предметной области и подготовке рукописи к изданию. В приложении приведены результаты расчетов термодинамиче- ских характеристик топлива стартово-разгонной и маршевой ступе- ней, коэффициентов расхода и восстановления полного давления разных компоновочных схем ВЗУ при разных углах атаки ЛА, ре- зультаты расчетов обтекания носового модуля с ВЗУ различных компоновочных схем.
Основные обозначения и сокращения БПЗ – блок помехозащиты БСРДТ – бессопловой ракетный двигатель на твердом топливе ВЗУ – воздухозаборное устройство ГГ – газогенератор ДД – датчик давления ДТ – датчик температуры ЗКС – защитно-крепящий слой ИПВРДТ – интегральный прямоточный воздушно-реактивный двигатель на твердом топливе КДУ – комбинированная двигательная установка КРДТ – комбинированный ракетный двигатель на твердом топливе КРПДТ – комбинированный ракетно-прямоточный двигатель на твердом топливе КС – камера сгорания ЛА – летательный аппарат НДС – напряженно-деформированное состояние ПВРД – прямоточный воздушно-реактивный двигатель РДТТ – ракетный двигатель на твердом топливе РПДТ – ракетно-прямоточный двигатель на твердом топливе ТЗП – теплозащитное покрытие ТТ – твердое топливо L – длина, мм D, d – диаметр, мм F – площадь, м2 Fкр – площадь критического сечения сопла маршевого дви- гателя, м2 Fк – площадь внутреннего сечения КС, м2 Fа – площадь среза маршевого сопла, м2 Fвх – суммарная площадь окон входа ВЗУ, м2 e – энергия удельная, Дж m. – расход массовый, кг/с М – число Маха H – высота, км h – энтальпия удельная, Дж/кг Т – температура, K
t – температура, °C τ – тензор напряжений τ – время, с p – давление, Па pн – давление окружающей среды, Па pэксп – эксплуатационное давление, Па P – тяга, Н Rг – газовая постоянная, кДж/(кг.K) cр – теплоемкость удельная, Дж/(кг.K) λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м.K); коэффи- циент скорости ρ – плотность, кг/м3 U – скорость горения, м/с ν – показатель степени а – скорость звука в потоке в законе горения акр – скорость звука в критическом сечении π(λ), τ(λ), ε(λ), ξ(λ), q(λ) – газодинамические функции ε – деформация eвн – внутренняя энергия удельная, Дж/кг Iу – удельный импульс тяги, м/с β – расходный комплекс, м/с m – масса, кг Мг – молярная масса газовой фазы, г/моль W – скорость потока, м/с z – массовая доля конденсированной фазы n – показатель политропы k – показатель адиабаты α – угол атаки, градус; коэффициент избытка воздуха σ – коэффициент восстановления полного давления Km0 – стехиометрический коэффициент массовый μ – коэффициент динамической вязкости, вязкость, Н.с/м2 Е – модуль Юнга, Н/м2 σ1 – первое главное напряжение, Н/м2 σв – предел прочности, Н/м2 σт – предел текучести, Н/м2 σt – окружное напряжение, Н/м2 nв – коэффициент запаса прочности nэ – коэффициент эжекции Основные обозначения
ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОМБИНИРОВАННЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ 1.1. Классификация комбинированных ракетных двигателей Развитие ракетного вооружения является радикальным средством повышения эффективности авиационных боевых комплексов, зенитно-ракетных систем и ракетно-артиллерийских комплек- сов, играющих определяющую роль в локальных конфликтах современности. Отсутствие возможности существенного совершенствования ракетного вооружения за счет модернизации широко применяемых ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ), которые практи- чески достигли предела своего совершенства, привлекает особое внимание к двигательным установкам, энергетические возможно- сти которых могут быть улучшены за счет использования атмосфер- ного воздуха. К наиболее перспективным для высокоскоростных летательных аппаратов (ЛА) с внутриатмосферной зоной эксплуа- тации относятся комбинированные двигатели с прямоточными воз- душно-реактивными двигателями (ПВРД), которые включают в себя и ракетно-прямоточные двигатели на твердом топливе. Возросший в настоящее время в нашей стране и за рубежом ин- терес к комбинированным ракетным двигателям (КРД) на основе ПВРД (РПДТ) и РДТТ обусловлен областью их применения (по вы- соте H и скорости полета в диапазоне изменения числа Маха M), в которой ПВРД наиболее экономичны по сравнению с ракетными и другими реактивными двигателями при достаточном уровне удельного импульса тяги Iу (рис. 1.1, 1.2). Комбинированные ракет- ные двигатели позволяют значительно повысить скорость ЛА на ко- нечном участке траектории полета, обеспечив ему сверх- или ги- перзвуковую скорость. Скорость полета ЛА со сверхзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем (СПВРД) находит- ся в диапазоне изменения числа М = 1,5…3,5; с гиперзвуковым
Глава 1. Основные конструктивные элементы КРДТ Рис. 1.1. Изменение удельного импульса тяги в зависимости от числа Маха для различных двигателей: 1 – турбореактивный двигатель (ТРД); 2 – турборе- активный двухконтурный двигатель (ТРДД); 3 – пря- моточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД); 4 – ракетно-прямоточный двигатель (РПД); 5 – ги- перзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД); 6 – ракетный двигатель Рис. 1.2. Область применения различных двигательных установок
Доступ онлайн
В корзину