Расчет и проектирование камеры сгорания воздушных реактивных двигателей

523-2008

 

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ВОЗДУШНЫХ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

к выполнению курсовой работы по дисциплине

«Конструкция деталей и узлов двигателей летательных аппаратов»для студентов специальности 160302 «Ракетные двигатели» всех

форм обучения

 

 

 

Воронеж 2008

Составители: канд. техн. наук Ф.Н. Шалаев.

профессор В.Г. Стогней,

д-р техн. наук А.В. Кретинин

 

 

УДК621.453/.457

 

Расчёт и проектирование камеры сгорания воздушных реактивных двигателей: методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Конструкция деталей и узлов двигателей летательных аппа-ратов» для студентов спе­циальности 160302 «Ракетные двигатели» всех форм обу­чения" ГОУВПО "Воронежский государственный технический университет"; сост. Ф.Н. Шалаев, В.Г. Стогней, А.В. Кретинин. Воронеж, 2008. 17 с.

 

 

В методических указаниях рассмотрены вопросы расчета и проектиро-вания камеры сгорания воздушных реактивных двигателей, необходимые для

выполнения курсовой работы по дисциплине «Конструкция деталей и узлов двигателей летательных аппаратов»

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 160300 «Двигатели летательных аппаратов», специальности 160302 «Ракетные дви-гатели», дисциплине «Конструкция деталей и узлов двигателей летательных аппаратов»

Предназначены для студентов 3 курса.

Курсовая работа оформляется согласно требованиям

СТП ВГТУ 62-20007.

 

Рецензент д-р техн. наук, проф. Г.И. Скоморохов

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.С. Рачук

 

Печатается по решению редакционно-издательского со­вета Воронежского государственного технического универси­тета

 

© ГОУВПО "Воронежский государственный

технический университет", 2008

 

 

Проектирование камеры сгорания ВРД

Определение размеров и прочности основной камеры

 

1 Основные уравнения и показатели горения топлива для камер сгорания ВРД

 

Тепло при сгорании топлива

 

,

- теплота сгорания. Для керосина ; - расход топлива; - коэффициент полноты сгорания топлива в камере сгорания

 

Относительный расход топлива

где - расход воздуха, - расход топлива.

Коэффициент избытка воздуха при горении топлива

 

 

где - стехиометрический коэффициент количества воздуха для сжигания

1-го килограмма топлива, для керосина .

 

Тяговая мощность двигателя

 

(2)

 

где P - сила тяги, V_П – скорость полёта м/сек.

 

Пренебрегая внешним сопротивлением среды имеем из (2) для тяговой мощности:

 

 

где С_С – скорость истечения из сопла.

 

Потерянная работа двигателя, утраченная с отходящим газом

 

(3)

где (с_с –v_п) – скорость отбрасывания выходящих газов,а V_п –скорость полёта.

 

Располагаемая работа

 

(4)

Полный КПД двигателя

 

, (5),

где Р- тяга двигателя.

 

Показатель адиабаты

Из термодинамики известно:

где - теплоемкость при p=const

Так как для керосина , а газовая постоянная , тогда приближённо имеем:

Так как для керосина , а газовая постоянная , тогда приближённо имеем:

 

Диаметр горловины камеры

Диаметр горловины камеры из уравнения расхода воздуха будет:

 

где - расход воздуха кг/сек, и - температура и давление за компрессором (средние 420 К и 1,3∙10⁵ H/м²),

- скорость воздуха (обычно 120…160 м/сек),

- газовая постоянная для воздуха .

 

Объём жаровой трубы

 

Объём жаровой трубы определяют по величине теплонапряжённости камеры: , где

Q_к = -теплонапряжённость, которую можно принять ,

Н_и –теплота сгорания дж/кг, -коэффициент полноты сгорания, Р₂ –давление воздуха, поступающего в камеру, в - н/м², G_т –расход топлива.

 

 

Пример расчета основных размеров камеры сгорания для самолёта

 

Из технической характеристики самолёта известно:

 

Масса самолёта 37 т (СУ-37).

Дальность полёта 1700км.

Скорость V_П =1100 км/час.

Тяга по форсажу 14500 кгс.

Расход топлива 0,8 кг/сек для одного двигателя.

Расход топлива можно оценить по прототипу или по дальности полёта и ёмкости топлива.

Расход топлива

Заданный расход 0,8 кг/сек (керосин) при использовании воздуха как окислителя. Для двух двигателей .

 

КПД

 

Из уравнения (5) для основной камеры сгорания и используя значения теплоемкости (приложение 1) для температуры газа К имеем . Для расчета примем несколько заниженный КПД- ,взятый из прототипов.

 

Тяга двигателя

 

Определим тягу используя уравнение (5) приняв .

 

 

или

где .

Величина тяги двух основных двигателей P = 8800 кгс.

 

 

Прочность жаровой трубы

 

Прочность жаровой трубы (кроме вибропрочности) определяется характеристиками жаропрочности материала камеры, так как давление в камере имеет небольшие значения. Толщины металла стенок и другие размеры определяют из конструктивных соображений и по жаропрочности. По давлению P^* и Т^* необходимо определить для выбранного диаметра жаровой трубы- окружное напряжение как для цилиндрической оболочки.

 

Материал камеры

 

По величине температуры выбираются материалы исходя из жаропрочности.

Применяемые материалы для камер: ХН78Т (ЭИ435); ХН38ВТ(ЭИ703); ХН25Н16Т 7АР.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

 

 

Графики для определения g_т

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

 

Рисунок ПБ.1 -Камера сгорания

 

 

 

Рисунок ПБ 2- Узлы камеры

Свойство	Горючее
H2	Li	Be	B	C	Mg	Al	Керосин T-1
Атомная масса	1,01	6,94	9,01	10,81	12,01	24,3	26,98	-
Плотность, кг/дм3	0,0709*	0,476	1,84	2,3	2,25	1,74	2,7	0,8
Массовая удельная теплота сгорания Hи, МДж/кг	120**	42,98*	62,8*	58,82*	32,79	24,81*	30,98*	42,91
Объёмная удельная теплота сгорания Hv, МДж/дм3	8,51***	21,7	115,55	135,3	73,77	43,16	83,65	34,33
Удельная теплопроизводительность HT, кДж/кг
Стехиометрический коэффициент L0	34,2	4,99	7,7	9,6	11,5	2,85	3,85	14,9

ПРИЛОЖЕНИЕ В

 

* окисел в твёрдом теле

** газообразный водород при +25^оС

*** жидкий водород (-253^оС)

Список литературы

Содержание

1 Основные уравнения и показатели горения топлива для камер сгорания ВРД……………………………………………………………………………….1

1.1. Тепло при сгорании топлива……………………………………... 1

1.2 Относительный расход топлива…………………………………....1

1.3 Расход топлива для основной камеры…………………………….1

1.4 Коэффициент избытка воздуха при горении топлива…………..2

1.5 Тяговая мощность двигателя……………………………………....2

1.6 Потерянная работа двигателя утраченная с отходящим газом………………………………………………………………………………2

1.7 Располагаемая работа…………………………………………….…3

1.8 Полный КПД двигателя……………………………………………..3

1.9 Степень повышения давления в двигателе………………………3

1.10 Показатель адиабаты………………………………………..……...4

1.11 Степень повышения давления в камере……………………..…. 4

1.12 Определение основных размеров камеры (жаровой трубы)….6

1.12.1 Диаметр горловины камеры…………………………………….6

1.12.2 Объём жаровой трубы……………………………………………6

Пример расчета основных размеров камеры сгорания для самолёта7

2.1 Расход топлива………………………………………………………..7

2.2 КПД……………………………………………………………………..7

2.3 Тяга двигателя………………………………………………………..7

2.4 Размеры камеры сгорания по пункту 1.12.1………………………8

2.5 Размер камеры по пункту 1.12.2……………………………………9

2.6 Прочность жаровой трубы……………………………………….....9

2.7 Материал камеры………………………………………………….....9

ПриложениеА………………………………………………………………..10

Приложение Б……………………………………………………………….13

Приложение В……………………………………………………………….15

Библиографический список………………………………………………..1

 

 

523-2008

 

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ВОЗДУШНЫХ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

к выполнению курсовой работы по дисциплине

«Конструкция деталей и узлов двигателей летательных аппаратов»для студентов специальности 160302 «Ракетные двигатели» всех

форм обучения

 

 

 

Воронеж 2008

Составители: канд. техн. наук Ф.Н. Шалаев.

профессор В.Г. Стогней,

д-р техн. наук А.В. Кретинин

 

 

УДК621.453/.457

 

Расчёт и проектирование камеры сгорания воздушных реактивных двигателей: методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Конструкция деталей и узлов двигателей летательных аппа-ратов» для студентов спе­циальности 160302 «Ракетные двигатели» всех форм обу­чения" ГОУВПО "Воронежский государственный технический университет"; сост. Ф.Н. Шалаев, В.Г. Стогней, А.В. Кретинин. Воронеж, 2008. 17 с.

 

 

В методических указаниях рассмотрены вопросы расчета и проектиро-вания камеры сгорания воздушных реактивных двигателей, необходимые для

выполнения курсовой работы по дисциплине «Конструкция деталей и узлов двигателей летательных аппаратов»

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 160300 «Двигатели летательных аппаратов», специальности 160302 «Ракетные дви-гатели», дисциплине «Конструкция деталей и узлов двигателей летательных аппаратов»

Предназначены для студентов 3 курса.

Курсовая работа оформляется согласно требованиям

СТП ВГТУ 62-20007.

 

Рецензент д-р техн. наук, проф. Г.И. Скоморохов

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.С. Рачук

 

Печатается по решению редакционно-издательского со­вета Воронежского государственного технического универси­тета

 

© ГОУВПО "Воронежский государственный

технический университет", 2008