Проектирование двигательной установки и элементов конструкции второй ступени баллистической ракеты (стр. 8 из 24)

Высота лопатки колеса турбины на входе лопаточной решетки:

,

где

- относительная высота лопатки (выбирается из условия ).

Высота лопатки колеса турбины на выходе лопаточной решетки:

.

Таким образом

- лопатка выбрана с постоянным профилем.

Проверка:

Высота лопатки по отношению к ширине колеса турбины:

- необходимое условие выполняется.

Высота лопатки

по отношению к диаметру колеса турбины:

- необходимое условие выполняется.

Выбираем углы входа и выхода лопатки рабочего колеса:

, .

Рис.1.12 Зависимость коэффициента

от .

По графику (рис.11) выбираем скоростной коэффициент потерь

на лопатках колеса в зависимости от числа . При , .

Относительная скорость потока на выходе:

.

Действительная скорость газа на выходе из колеса:

.

Приведенная скорость:

.

Действительная приведенная скорость:

.

Температура торможения в относительном движении на выходе для активной осевой турбины:

.

Полная температура торможения потока на выходе колеса:

.

Угол потока на выходе из колеса в относительном движении:

.

Угол потока на выходе из рабочего колеса :

.

Абсолютная скорость потока:

.

Оптимальный шаг лопаток рабочего колеса:

.

Число лопаток:

.

Принимаем

, тогда шаг лопаток .

Профилирование лопаток рабочего колеса:

Рис.1.13 Профилирование лопатки.

Радиус вогнутой стороны лопатки:

.

Принимаем толщину лопатки:

, .

Ширина канала:

.

где

.

Определение размеров соплового аппарата состоящего из конических сопел.

Высота соплового аппарата:

.

где

, .

Суммарное минимальное сечение сопел соплового аппарата:

.

Рис.1.14 Развертка соплового аппарата.

Степень уширения сопла:

;

где

, . Принимаем .

Площадь сопел в конце конической части:

.

Площадь выхода из сопел:

.

Степень парциальности турбины:

.

Количество сопел:

.

Принимаем:

.

Большая ось сечения эллипса сечения сопел на выходе:

.

Шаг сопел:

.

Минимальный диаметр сопла:

.

Диаметр сопла в конце конической части:

.

Длина сопла:

.

где

.

Определение работы, мощности и КПД турбины

Определяем окружной КПД:

Окружная работа:

.

Выбираем коэффициент расхода утечек через зазор. По рекомендации

, принимаем .

Расход утечек через турбину:

.

Расход газа через решетку колеса:

.

Расходный КПД:

.

Окружная мощность:

.

Мощность дискового трения:

.

где

- коэффициент дискового трения.

Значением числа Рейнольдса

задаемся на основании рекомендаций.

Мощность потерь связанных с парциальным впуском газа на турбинное колесо:

Эффективная мощность турбины:

.

Эффективная работа турбинного газа:

.

Полученное значение лежит в диапазоне

, что отвечает данным статистики.

Коэффициент работы:

.

Полученное значение удовлетворяет данным статистики.

Эффективный КПД турбины:

,

где

.

5. Расчет охлаждения КС

Организация охлаждения камер является одной из важнейших задач проектирования ЖРД и по сравнению с другими типами тепловых машин значительно усложняется особенностями процесса теплообмена в ЖРД.

Первая особенность состоит в том, что процесс в КС протекает при высоких температурах (3000…4000К) и давлениях (до 25 Мпа и более). Поскольку продукты сгорания движутся по КС с очень большой скоростью, резко возрастают коэффициент конвективной теплоотдачи от горячих продуктов сгорания в стенки КС.

Второй особенностью теплообмена в ЖРД является высокий уровень лучистого теплового потока достигающего 20 – 40% общего теплового потока направленного в стенку КС.

Третья особенность теплообмена в ЖРД состоит в том, что вследствие мощных суммарных конвективных и лучистых тепловых потоков в стенку камеры температура может достигать недопустимо высоких величин. Поэтому для ЖРД следует применять жаропрочные материалы, обладающие возможно большей теплопроводностью.