Введение 6
1.Обзор литературы 8
2.РДТТ как объект управления 9
2.1.Изменение давления при изменении площади критического сечения 9
2.2.Система автоматического регулирования давления 16
2.3.Методика расчёта параметров течения продуктов сгорания в сопле Лаваля с
течением времени 23
3.Программный комплекс для моделирования переходных процессов в управляемом
РДТТ 26
4.Тестовые расчёты 28
4.1.Изменение давления при однократном изменении площади критического сечения. 28
4.2.Математическое моделирование процесса автоматической стабилизации давления в камере сгорания 36
Заключение 45
Литература 46
Приложение А Листинг программы расчёта переходных процессов в камере сгорания РДТТ и процессов протекания продуктов сгорания в сопловом блоке 48
Ракетный двигатель на твёрдом топливе (РДТТ) — автономный реактивный двигатель, работающий на бортовых ресурсах массы и энергии. Твёрдое ракетное топливо (ТРТ) помещается в камере сгорания в виде одного или нескольких блоков, называемых зарядами. Масса образующихся при горении продуктов сгорания зависит от плотности топлива, площади поверхности и скорости горения [1].
Долгое время РДТТ считались неподдающимися регулированию. Разработка систем управления РДТТ была сопряжена с решением серьёзных конструктивно-технологических трудностей, таких как возможность влиять на процесс горения ракетного топлива или на процесс истечения продуктов сгорания через сопло двигателя. Но из-за более простой конструкции, низкой стоимости, высокой надёжности и лучших динамических характеристик РДТТ по сравнению с двигателями на жидком топливе и другими видами ракетных двигателей, интерес к решению проблем управления РДТТ не угасает [1,2].
Рост надежности, стабильности и эффективности работы твёрдотопливных двигательных установок способствует тому, что замена регулируемых жидкостных ракетных двигателей твердотопливными в некоторых задачах ракетостроения является тенденцией последних лет. Отсутствие систем подачи топлива, простота конструкции, постоянная готовность к запуску, а также возможность длительного хранения и компактность размещения привлекают внимание научно-исследовательских и опытноконструкторских организаций к регулируемым РДТТ, как более перспективному, по сравнению с ЖРД, типу энергосиловых установок, обеспечивающих различные режимы управления движением [3]. Современные ракетные двигатели на твёрдом топливе представляют собой динамическую систему взаимосвязанных звеньев, обеспечивающих получение заданных основных рабочих характеристик [4].
Изменение тяги двигателя ракеты с целью получения оптимальных характеристик её полёта является одной из важнейших задач в ракетостроении. Имеется значительное количество патентов, в которых описываются способы управления РДТТ. Сильной стороной всех этих способов является возможность получения регулирования тяги. Недостатком этих схемных решений является конструктивная сложность механизмов управления и техническое исполнение, а также невысокие массовые характеристики двигателя.
Существует несколько схем регулирования РДТТ [5]. Но не все схемы реализуемы на практике достаточно успешно. С технической точки зрения наиболее выгодным способом влияния на тягу в ракетном двигателе на твёрдом топливе является изменение площади критического сечения.
Поскольку проведение экспериментов для прогнозирования поведения давления в камере сгорания не всегда представляется возможным по причине высокой стоимости необходимого оборудования для проведения эксперимента, в разработке и проектировании ракетных двигателей невозможно обойтись без возможностей математического моделирования. С помощью методов математического моделирования по известным параметрам топлива и камеры сгорания возможно достаточно точно описать переходные процессы в камере сгорания ракетного двигателя и визуализировать их для удобства их анализа. Также, используя методы математического моделирования, можно описать параметры течения продуктов сгорания в сопловом блоке ракетного двигателя.
Цель работы: разработка методики для математического моделирования и расчёта переходных процессов в камере сгорания ракетного двигателя на твёрдом топливе с сопловым блоком, имеющим центральное тело для регулирования тяги посредством изменения площади критического сечения.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
1)Рассмотреть методику расчёта характеристик рабочего процесса в камере сгорания РДТТ при изменении площади минимального сечения сопла;
2)Провести анализ систем управления регулирования тяги двигателя за счёт изменения площади критического сечения;
3)Рассмотреть методику расчёта параметров течения продуктов сгорания в сопле Лаваля с течением времени по схеме Годунова;
Реализовать методику на практике - разработать программу расчёта переходных процессов в камере сгорания РДТТ и процессов протекания продуктов сгорания в сопловом блоке.
В ходе работы были выполнены следующие задачи:
1)Рассмотрена методика расчёта характеристик рабочего процесса в камере сгорания РДТТ при изменении площади минимального сечения сопла;
2)Проведен анализ систем управления регулирования тяги двигателя за счёт изменения площади критического сечения;
3)Рассмотрена методику расчёта параметров течения продуктов сгорания в сопле Лаваля с течением времени по схеме Годунова;
Рассмотренные методики были реализованы на практике - разработан программный комплекс для расчёта переходных процессов в камере сгорания РДТТ и процессов протекания продуктов сгорания в сопловом блоке.
