работа2


Министерство образования и науки Российской Федерации
274320010604500
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
9144008128000

РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ В АККУМУЛЯТОРЕ ДАВЛЕНИЯ И ГАЗОВОЙ ПОДУШКЕ БАКА
Методические указания к расчетно-графической работе
Омск
Издательство ОмГТУ
2011
Составитель А. Б. Яковлев, канд. техн. наук, доцент кафедры «Авиа- и ракетостроение»
Методические указания составлены в соответствии с учебным планом специальностей 160301 «Авиационные двигатели и энергетические установки», 160302 «Ракетные двигатели», 160801 «Ракетостроение», 160803 «Стартовые и технические комплексы ракет и космических аппаратов» и направления подготовки бакалавров 160100 «Авиа- и ракетостроение». Предназначены для выполнения расчетно-графической работы по дисциплине «Пневмогидросистемы и автоматика ЛА».
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета
2546350328295© ГОУ ВПО «Омский государственный
технический университет», 2011
00© ГОУ ВПО «Омский государственный
технический университет», 2011
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Цель и задачи расчетно-графической работы
Цель расчетно-графической работы – формирование у студентов навыков расчета аккумуляторных систем наддува баков ЖРДУ.
Задачи расчетно-графической работы:
1) закрепить навыки применения методов расчета параметров газа наддува при его истечении из емкости постоянного объема и наполнении емкости переменного объема;
2) приобрести практические навыки расчета термодинамических процессов в газовом аккумуляторе давления и газовой подушке бака ЖРДУ при использовании дроссельной шайбы постоянного проходного сечения и газового редуктора постоянного давления.
Расчетно-графическая работа (РГР) охватывает практически все изученные разделы курса «Пневмогидросистемы и автоматика ЛА», а также смежные дисциплины: термодинамику и теплопередачу; гидропривод ЛА; механику жидкости и газа (аэрогидрогазодинамику).
РГР предусматривает возможность проведения расчетов на ЭВМ.
1.2. Содержание расчетно-графической работы и требования к ней
Расчетно-графическая работа оформляется в виде расчетной части (расчетно-пояснительной записки) и включенной в нее графической части.
Расчетно-пояснительная записка должна иметь титульный лист, оглавление, исходные данные, введение, основную часть, заключение, список литературы, приложения.
Титульный лист РГР оформляется в соответствии с приложением 1.
Оглавление размещается в записке после титульного листа и должно быть составлено в точном соответствии с перечнем разделов и подразделов расчетно-пояснительной записки с указанием их нумерации и страниц.
Исходные данные для РГР по вариантам приведены в приложении 2.
Введение содержит анализ исходных данных, четко сформулированную цель и основные задачи расчета.
Основная часть расчетно-пояснительной записки должна содержать следующие разделы: расчет истечения газа из аккумулятора давления через дроссельную шайбу постоянного проходного сечения; расчет процессов в газовой подушке бака при использовании дроссельной шайбы; расчет истечения газа из аккумулятора давления через газовый редуктор; расчет геометрических параметров газового редуктора.
Графическая часть РГР выполняется в соответствии с требованиями ЕСКД, состоит из 3-х листов форматом А4 и содержит:
1) расчетную схему системы наддува и изображенные в масштабе графики зависимостей параметров состояния газа в аккумуляторе давления (приложение 3) и газовой подушке (приложение 4) от времени работы двигателя для случая использования дроссельной шайбы постоянного проходного сечения;
2) расчетную схему газового редуктора с компенсирующим устройством и изображенные в масштабе графики зависимостей параметров состояния газа в аккумуляторе, площади открытия и высоты подъема клапана редуктора от времени работы для случая использования в системе наддува газового редуктора (приложение 5).
Заключение должно содержать основные результаты и выводы по выполненным расчетам, рекомендации по совершенствованию системы наддува.
Список литературы должен включать все использованные источники в порядке ссылок, имеющихся в тексте записки. Литература, на которую нет ссылок, в список не включается. К каждому источнику необходимо приводить следующие сведения: фамилия и инициалы автора (авторов), название книги, место издания, издательство и год выпуска, количество страниц.
Приложения расчетно-пояснительной записки: текст программы для ЭВМ и таблицы с результатами расчетов (в случае проведения расчетов на ЭВМ).
2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ОСНОВНОЙ ЧАСТИ РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ
2.1. Процессы в топливных баках ракет при их наддуве
Параметры газа внутри топливного бака зависят от величины расхода газа на наддув; от состава газа, поступающего в бак; от физико-химических процессов, протекающих в баке; от исходных значений величин газовых подушек; температуры жидкости в баке; конструктивных особенностей бака; типа расположения насадка, применяемого для ввода газа, и от многих других факторов.
При наддуве топливного бака возможно протекание внутри бака следующих процессов:
– движение газа внутри бака;
– теплообмен между стенками топливного бака, зеркалом жидкости и газом наддува;
– массообмен между газом наддува и жидкостью в баке (диффузия, испарение, конденсация, растворение отдельных составляющих газа наддува в компоненте топлива);
– изменение состава газа наддува в результате химического взаимодействия его с жидким компонентом, химических реакций в газе и массообмена;
– изменение параметров газа при расширении его в баке;
– движение уровня поверхности жидкости (зеркала) и перемешивание слоев жидкого компонента, сопровождающегося образованием жидкой пленки на внутренней стенке и силовых элементах бака.
Движение газа и жидкости внутри бака существенно зависит от конструкции, относительного размера и расположения насадка и изменяется по мере опускания зеркала жидкости. При снижении уровня жидкости в баке на его внутренней освободившейся поверхности образуется пленка жидкости, толщина которой зависит от физического состава жидкости и скорости опускания уровня в баке. Пленка жидкости оказывает существенное влияние на протекание внутрибаковых процессов. При одних условиях она может испаряться, увеличивая массу и влажность газа наддува в баке, а при других условиях – увеличить степень конденсации составляющих газа наддува и, следовательно, уменьшить его влажность.
Условием, необходимым для испарения жидкостей, является наличие положительного значения перепада давлений:
,
где рS – давление насыщенных паров при заданной температуре жидкости; рП – парциальное давление этих паров в объеме бака.
В случае, когда , процесс массообмена направлен в противоположную сторону, т.е. вместо испарения происходит конденсация паров на поверхности жидкости.
Процесс перехода пара в жидкость возможен не только на поверхности жидкости и стенках бака, но и во всем объеме газа. Объемная конденсация паров наиболее вероятна в начальный момент наддува, когда резко снижается температура горячего газа вследствие смешения его с холодным газом предварительного наддува.
Процессы массообмена (испарение и конденсация), протекающие в баке, тесно связаны с процессом теплообмена между газом, жидким компонентом и стенками бака. В результате теплоотдачи в стенку и жидкость температура газа понижается, что вызывает поверхностную и объемную конденсации. Объемная конденсация протекает интенсивно в начальный период работы системы наддува в результате смешения газа наддува с холодным газом предварительного наддува.
В общем случае тепловые потоки в баке состоят из лучистых и конвективных потоков и тепловых потоков, связанных с переносом массы. При сравнительно низких температурах в топливных баках лучистые потоки пренебрежимо малы. На конвективные тепловые потоки в стенки и жидкость существенно влияет характер движения газа внутри бака и наличие на стенках жидкой пленки, образующейся в результате конденсации паров и опускания уровня компонента. Величины и направления тепловых потоков, связанных с переносом массы, определяются теми же факторами, что и перенос самой массы и существенно зависят от паросодержания и температуры газа наддува, свойств газа наддува, свойств и температуры компонента топлива, площади поверхности и температуры стенок бака.
При наддуве бака горячим газом, содержащим паровую фазу, поверхностная конденсация на зеркало жидкого компонента вызывает появление теплового потока, направленного к жидкости. При наддуве сухим горячим газом тепловой поток от него идет на подогрев и испарение жидкости, причем теплота, затраченная на испарение, вместе с испарившейся жидкостью вновь возвращается в газ наддува. Тепловой поток, направленный к стенкам бака, аналогичным образом может быть разделен на идущий непосредственно в стенки и на испарение жидкости.
Существенное влияние на величину коэффициентов тепло- и массоотдачи в стенку бака и к жидким компонентам оказывают характер движения газа внутри бака и наличие пленки жидкости на стенке бака. В результате процессов тепломассообмена между жидкостью, стенкой бака – с одной стороны и газом – с другой стороны, состав последнего изменяется. Изменение состава газа наддува возможно также в результате химических процессов между газом наддува и жидкостью, а также в результате химических реакций в самом газе. Изменение состава газа наддува в баке приводит к изменению газовой постоянной и показателя политропы.
При расчете горячих систем наддува обычно используется эффективная работоспособность газа внутри бака
,
где р – абсолютное давление в баке на момент времени τ; V – объем газовой подушки в баке на момент времени τ; G – количество газа, израсходованного на наддув бака к моменту времени .
Количество израсходованного газа на наддув бака на момент времени определяется из выражения
,
где GO – масса газа предварительного наддува; – суммарный секундный расход газа на наддув бака.
Объем газовой подушки на момент времени определяется из выражения
,
где VO – объем недолива топливного бака при заправке; – секундное значение объемного расхода жидкости из бака.
Величина является функцией всех параметров, характеризующих процессы в баке при наддуве горячими газами.
2.2. Основные уравнения термодинамического тела переменной массы
Основной особенностью термодинамических процессов, происходящих при наддуве топливного бака, является изменение энергии, которое вызывается изменением массы рабочего тела. При исследовании процессов с переменным количеством газа существенное значение имеет зависимость, представляющая собой закон изменения состояния переменного количества газа:
,
где p, – давление и плотность газа соответственно; – время.
Из последнего уравнения видно, что в процессах с переменным количеством газа для однозначного определения состояния газа необходимо иметь значения не двух параметров, как в случае процессов с постоянным количеством газа, а трех, при этом дополнительным параметром является время . Остальные величины, входящие в приведенное уравнение, являются функциями времени.
При известных значениях давления p = p() и плотности = () в емкости, температуру T() можно найти из уравнения состояния
, (1)
где R0 – удельная газовая постоянная.
При выводе первого закона термодинамики для переменной массы рабочего тела воспользуемся физической моделью системы наддува емкости (рис. 1).
В процессе наддува параметры газа в емкости изменяются во времени. Кроме того, изменяется масса газа внутри емкости как в результате физических процессов испарения и конденсации, так и в результате протекания химических реакций между газом наддува и жидкостью, а также сброса газа через дренажный клапан. Таким образом, процесс наддува протекает с переменным количеством газа в емкости.
right133985Ra, Ta,
pa





p, V, R, T
Рис. 1. Расчетная схема
00Ra, Ta,
pa





p, V, R, T
Рис. 1. Расчетная схема
Рассмотрим расчетную схему для определения параметров системы наддува (рис. 1). В момент времени = 0 начинается наддув емкости газом из газогенератора, состав которого, как и давление pa и температура Ta, известны. Рассмотрим теперь энергетический баланс газа наддува, заключенного в свободном пространстве емкости. Обозначим через Gа, GИ, GК, GД массовые расходы газа, поступающего в емкость; испаряющейся жидкости; конденсата, выпадающего из рабочего тела наддува внутри емкости; газа, удаляющегося через дренажный клапан из емкости.
Пусть а – удельный приток энергии с поступающим в емкость газом; iИ, iК и iД – энтальпии паров компонента, конденсата и газа, удаляющегося из емкости через дренажный клапан.
Обозначим: dQW, dQЖ – потери теплоты в результате теплообмена между стенками емкости и поверхностью жидкости соответственно; dQХ – тепловой эффект химических реакций и физико-химических превращений на границе раздела; dU – изменение удельной внутренней энергии газа в емкости; pdV – работа вытеснения жидкости из емкости; аGad – приход энергии в емкость в связи с притоком массы газа Gadτ; iИGИd – приход энергии в емкость с испаряющейся массой жидкости GИdτ; iДGДd – уход энергии из емкости с массой газа GДd через дренажный клапан; iКGКd – уход энергии из емкости в связи с выпадением в конденсат массы газа GКd.
В соответствии с уравнением баланса энергии для газа, заключенного в свободном объеме бака, имеем

или
.(2)
Удельный приток энергии с поступающим газом можно выразить следующим образом:
,(3)
где iа – энтальпия газа на выходе из газогенератора (аккумулятора); dQтр – секундная потеря энергии на теплоотдачу в газоподводящем канале.
Состав газа внутри емкости изменяется в результате химических реакций в самом рабочем теле, а также в результате тепло- и массообмена между жидкостью и газом наддува.
Дифференцируя по времени выражение для внутренней удельной энергии

и учитывая, что
,
находим
. (4)
После подстановки в уравнение (2) выражения (3) имеем
. (5)
Полученное уравнение представляет собой аналитическое выражение первого закона термодинамики применительно к тепловым процессам, протекающим с переменным количеством газа, и называется энергетическим уравнением переменного количества рабочего тела.
Из последнего уравнения с учетом выражения (4) легко получить после преобразования так называемое уравнение скорости изменения давления газа:
. (6)
Для изменения количества газа в свободном объеме емкости за время d можно записать закон сохранения массы в следующем виде:
,
откуда получаем уравнение изменения количества газа
.(7)
Найдем теперь зависимость , которая имеет существенное значение при исследовании характера процесса с переменным количеством газа. Дифференцируя выражение с учетом уравнения (7), находим
,(8)
откуда, используя выражение (6) для , получаем уравнение изменения состояния переменного количества газа
. (9)
Выражения (6)–(9) совместно с уравнением состояния (1) составляют систему уравнений однозначно описывающих термодинамическое тело переменной массы.
Из полученной системы можно найти уравнения при следующих допущениях:
1) потеря теплоты в единицу времени в газоподводящем канале пренебрежимо мала, т.е.
;
2) состав газа внутри емкости не изменяется, т.е.
и;
3) количество конденсата и испаряющейся жидкости пренебрежимо мало, т.е.
и.
Система уравнений (6)–(9) при этих допущениях выглядят следующим образом:
; (10)
;(11)
;(12)
.(13)
Уравнения (10)–(13) в дальнейшем будут использоваться для определения параметров газа в емкости при ее опорожнении и наполнении.
2.3. Расход газа при истечении
Расход газа при изоэнтропическом одномерном течении определяется выражением
, (14)
где pO, TO – давление и температура торможения газового потока; f – площадь сечения потока; m, q() – газодинамические функции:
; (15)
.(16)
Расход через суживающее сопло определяется аналогично, но под pO и TO понимают параметры торможения в емкости, из которой истекает газ, а неизоэнтропичность и неодномерность течения учитывают введением поправочного множителя С, который называется коэффициентом расхода сопла:
.
Коэффициент расхода С зависит от отношения давлений , числа Рейнольдса Re, формы сопла и определяется экспериментально. У хорошо спрофилированных суживающихся сопел С = 0,96…0,99 и достигает максимального значения при перепаде давлений, близком к критическому:
.(17)
Значение q() вычисляют по теоретическому значению безразмерной скорости , которое при докритических перепадах давления находят по выражению
.
При критическом и сверхкритических перепадах при , = 1 и q() = 1. В этом случае выражение расхода через сопло примет более простой вид:
.
При истечении газа через отверстие той или иной формы расход газа можно выразить так же, как и при истечении через суживающее сопло:
при , (18)
при . (19)
Под коэффициентом расхода понимают отношение действительного расхода газа через отверстие к теоретическому через суживающееся сопло, имеющее ту же площадь поперечного сечения на выходе, при одном и том же перепаде давлений.
2.4. Опорожнение емкости через отверстие постоянной площади
Рассмотрим истечение газа из емкости постоянного объема для случая, когда перепад давления в емкости и в среде, в которую истекает газ, сверхкритический.
Изменение параметров газа в емкости при опорожнении описывается уравнениями (10)–(13), которые для рассматриваемого случая имеют вид:
;(20)
,(21)
где pa, a, ia – полное давление, плотность и энтальпия газа соответственно; Qa – теплота, подведенная к газу; Ga – текущее значение секундного расхода газа из емкости; k – показатель адиабаты; Va – объем емкости; – время.
Принятые допущения:
1) уход массы через дренажный клапан отсутствует ();
2) объем газа в емкости не изменяется ().
4248150104775pa,Va, k
R, ia,
Ta, a
ОК
ЭПК
ДР
Ga
Рис. 2. Расчетная схема
00pa,Va, k
R, ia,
Ta, a
ОК
ЭПК
ДР
Ga
Рис. 2. Расчетная схема
Расчетная схема для этого случая представлена на рисунке 2.
Выражения для энтальпии и текущего расхода имеют вид:
;(22)
,(23)
где – коэффициент расхода, который при сверхкритическом режиме является постоянным; Rа, Ta – удельная газовая постоянная и температура газа в емкости соответственно; f – площадь проходного сечения дросселя; m – газодинамическая функция.
Примем, что между стенками емкости и газом имеет место теплообмен за счет свободной конвекции. Стенки газовых емкостей высокого давления имеют значительную толщину, поэтому масса емкости существенно больше массы заключенного в ней газа. Учитывая это обстоятельство, а также большую теплопроводность материала стенки и наличие подвода теплоты от окружающей среды, можно принять, что температура внутренней стенки емкости практически остается постоянной при достаточно длительном процессе опорожнения. Примем температуру стенки емкости постоянной и равной начальной температуре газа, т.е. .
Решая систему (20)–(21) с учетом выражений (22) и (23) и вышеприведенных допущений, получим:
– для случая адиабатного опорожнения емкости законы изменения температуры, плотности, давления и секундного расхода газа имеют вид:
;(24)
;(25)
;(26)
,(27)
здесь и,
где TaO, aO, paO, GaO – начальная температура, плотность, давление и расход газа в емкости соответственно; – время истечения газа из емкости; B – константа, определяемая по выражению:
[с-1],
где Va – объем емкости с газом;
– для случая изотермического процесса опорожнения емкости законы изменения температуры, плотности, давления и секундного расхода газа имеют вид:
;(28)
.(29)
2.5. Опорожнение емкости через газовый редуктор
Рассмотрим случай, когда газ истекает из емкости высокого давления (аккумулятора) через газовый редуктор. Такие случаи имеют место в различных технологических процессах, когда объемный приход газа в наполняемую емкость и давление в этой емкости есть величины постоянные.
Изменение давления в свободном объеме емкости высокого давления описывается уравнением (20). Массовый секундный расход газа из наполняемой емкости (топливного бака) через дренажный клапан определяется по дренажным характеристикам предохранительного клапана Gдр = f(). В системах наддува (с газовым редуктором) такие характеристики обычно выбирают так, чтобы расход газа через клапан был равен нулю: Gдр = 0.
Определим параметры газа в опоражниваемой емкости при отсутствии теплообмена в наполняемой емкости.
Из уравнения (10) при условии, что в наполняемой емкости поддерживается постоянное давление и, пренебрегая теплообменом между газом и стенками емкости, а также поверхностью жидкости , получаем
, (30)
где p – давление газа наддува в наполняемой емкости.
Подставляя выражение (30) в уравнение (20), получаем
.(31)
Решения системы уравнений (31) и (21) для параметров газа в емкости высокого давления:
– для случая адиабатного процесса опорожнения
;(32)
,(33)
где;
– для случая изотермического процесса опорожнения
;(34)
.(35)
Третий параметр – температура – в случае необходимости определяется по уравнению состояния (1).
Возможны различные случаи изменения свободного объема V наполняемой емкости: по линейному закону, по экспоненциальному закону и т.п. Рассмотрим самый простой случай.
Допустим, что свободный объем наполняемой емкости изменяется по линейному закону . Тогда для определения параметров газа в емкости высокого давления имеем следующие выражения:
а) при адиабатном процессе опорожнения
;(36)
,(37)
где;
б) при изотермическом процессе опорожнения
;(38)
.(39)
2.6. Наполнение емкости постоянного объема
Рассмотрим одну из основных технических задач, связанных с перетеканием газа из одной емкости в другую. Подобный процесс происходит при наддуве топливных баков от газовых баллонов конечных объемов через жиклер постоянного сечения. При расчете системы наддува необходимо определять параметры газа внутри бака (давление, плотность, температуру) в зависимости от времени работы системы наддува.
right5797552
3
4
5
1
6
Рис. 3. Система наддува бака:
1 – бак; 2 – аккумулятор давления; 3 – ЭПК; 4 – жиклер; 5 – ДПК; 6 – реле давления
002
3
4
5
1
6
Рис. 3. Система наддува бака:
1 – бак; 2 – аккумулятор давления; 3 – ЭПК; 4 – жиклер; 5 – ДПК; 6 – реле давления
Рассмотрим работу такой системы (рис. 3). При открытом электропневмоклапане (ЭПК) 3 газ из баллона 2 через жиклер (дроссель) 4 поступает в топливный бак 1. Одновременно начинается расход компонента из топливного бака, вследствие чего увеличивается свободный объем. При истечении газа из баллона оставшийся там газ расширяется, давление и температура в баллоне падают. Падение давления в баллоне приводит к уменьшению расхода газа через жиклер (при постоянном сечении). В зависимости от величины секундного расхода газа, который зависит от диаметра жиклера и параметров газа в баллоне, давление в топливном баке может расти или падать в начале работы системы наддува и неизбежно падает в конце наддува вследствие падения давления в баллоне. Давление в топливном баке можно увеличивать, подключив с помощью программного устройства второй жиклер, а при необходимости можно повторить эту операцию несколько раз.
Конечное давление в баллоне выбирается из условия нормальной работы ЭПК и к концу работы составляет величину не ниже 0,5…1 МПа. Давление в топливных баках в конце работы системы наддува, как правило, не превышает 0,05…0,25 МПа. Поэтому во время работы газобаллонных систем происходит критическое истечение газа через жиклер, т.е. расход газа из баллона не зависит от противодавления (давления в баке). Это существенно упрощает расчет подобных систем наддува и для практически интересных случаев позволяет получить решение задачи в конечном виде.
При наполнении топливного бака сжатым газом (воздухом, азотом, гелием) количество газа, выпадающего в конденсат и испаряющегося, пренебрежимо мало, т.е. GК = 0, GИ = 0. При проектировании систем наддува давление в топливном баке выбирается так, что расход газа через дренажно-предохранительный клапан (ДПК) практически равнялся нулю, т.е. GД = 0. В диапазоне температур от –40 до +40 ºС испарение высококипящих компонентов топлива (керосин, тонка-250, НДМГ, гидразин, спирт и др.) относительно невелико. Поэтому можно не учитывать изменение показателя адиабаты смеси газа в баке, т.е. .
При сделанных допущениях система уравнений (10)–(13) существенно упрощается. В общем случае одновременный процесс опорожнения баллонов со сжатым газом и наполнения бака, из которого вытекает жидкость, в принятой постановке, описывается следующими уравнениями:
– для емкости высокого давления:
;(40)
;(41)
;(42)
– для топливного бака:
;(43)
;(44)
,(45)
где Ga – массовый секундный расход газа из баллона, определяющийся в зависимости от режима течения: для сверхкритического режима истечения газа – по выражению (23), для докритического – по выражению
.(46)
Здесь;.
Рассмотрим сначала решение задачи о наполнении емкости постоянного объема.
При сверхкритическом процессе опорожнения решение системы уравнений (40)–(42) не зависит от решения системы уравнений (43)–(45).
При постоянном объеме наполняемой емкости () изменение параметров газа в ней описывается следующей системой уравнений:
;(47)
;(48)
.(49)
В этих уравнениях секундный приток газа Ga определяется уравнением (27) или (29) в зависимости от характера процесса опорожнения.
Все дальнейшие выкладки даны при следующих простейших допущениях:
1) теплообмен со стенкой так мал, что им можно пренебречь, т.е.
;
2) теплообмен со стенкой настолько интенсивен, что температура газа в наполняемой емкости постоянна по времени, т.е.
.
Рассмотрим процесс наполнения емкости при отсутствии теплообмена между ее стенками и газом. При этом условии уравнение (47) упростится и примет вид
.(50)
Решения уравнений (48) и (50) для параметров газа в наполняемой емкости в зависимости от характера процесса опорожнения емкости высокого давления можно получить, подставив в (50) выражения (24)–(27) для адиабатного и выражения (28), (29) для изотермического процессов.
В случае адиабатного процесса опорожнения емкости имеем:
;(51)
.(52)
В случае изотермического процесса опорожнения емкости получаем:
;(53)
.(54)
2.7. Наполнение емкости переменного объема
При переменном объеме наполняемой емкости изменение параметров газа в ней описывается вышеприведенной системой уравнений (43)–(45).
Рассмотрим случай, когда скорость изменения объема наполняемой емкости постоянна, т.е. , например, наполнение газом емкости, из которой вытекает жидкость с постоянным расходом.
Тогда, обозначив отношение начального объема емкости к его скорости изменения , запишем:
.
Решение задачи в данном случае получим при тех же предположениях, что и в случае наполнения емкости постоянного объема.
Рассмотрим процесс наполнения емкости при отсутствии теплообмена между ее стенками и газом. При уравнения (43) и (44) примут вид
;(55)
.(56)
Решение уравнения (56) особых трудностей не представляет и имеет вид:
– для адиабатного процесса
;(57)
– для изотермического процесса
.(58)
Решение уравнения (55) представляет определенную трудность, для нахождения его необходимо воспользоваться численными методами. Численные решения системы уравнений (55)–(56) приведены ниже.
3. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАСЧЕТА, ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Цель расчета – определить параметры состояния газа в газовом аккумуляторе давления и газовой подушке бака ЖРДУ при использовании дроссельной шайбы постоянного проходного сечения и газового редуктора постоянного давления.
Задачи:
1) расчет термодинамических процессов в аккумуляторе давления и газовой подушке бака и подбор проходного сечения дроссельной шайбы для выполнения условия нахождения давления наддува в баке в диапазоне допустимых значений;
2) расчет термодинамических процессов в аккумуляторе давления в случае использования газового редуктора при заданном (номинальном) постоянном давлении наддува;
3) расчет зависимостей площади открытия и высоты подъема клапана газового редуктора от времени работы;
4) расчет геометрических параметров компенсирующего устройства газового редуктора.
Исходные данные:
pmin – минимальное давление газа наддува в подушке топливного бака, МПа;
pном – номинальное давление газа наддува в подушке топливного бака, МПа;
pmax – максимальное давление газа наддува в подушке топливного бака, МПа;
pао – начальное давление газа в аккумуляторе, МПа;
Тао – начальная температура газа наддува в аккумуляторе, K;
Тпо – начальная температура газа наддува в подушке топливного бака, K.
Gк – массовый секундный расход компонента топлива из бака, кг/с;
к – плотность компонента топлива, кг/м3;
– время работы двигателя, с;
– молярная масса газа наддува, кг/моль;
Процесс в аккумуляторе давления – адиабатный (или изотермический).
Исходные данные для расчета по вариантам приведены в приложении 2.
4. ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ В АККУМУЛЯТОРЕ ДАВЛЕНИЯ И ГАЗОВОЙ ПОДУШКЕ БАКА
Определить параметры состояния газа в газовом аккумуляторе давления и газовой подушке бака при использовании дроссельной шайбы постоянного проходного сечения и газового редуктора постоянного давления при следующих исходных данных:
минимальное давление газа наддува в подушке топливного бака pmin = 0,35 МПа;
номинальное давление газа наддува в подушке топливного бака, pном = 0,42 МПа;
максимальное давление газа наддува в подушке топливного бака pmax = 0,55 МПа;
29616401879602
3
4
5
1
6
Рис. 4. Расчетная схема системы наддува бака:
1 – бак; 2 – аккумулятор давления; 3 – ЭПК;
4 – дроссель; 5 – ДПК; 6 – реле давления
pa, Va, k,
Rа, ia,
Ta, a
k, Rа, Vп, pп, п , Tп


002
3
4
5
1
6
Рис. 4. Расчетная схема системы наддува бака:
1 – бак; 2 – аккумулятор давления; 3 – ЭПК;
4 – дроссель; 5 – ДПК; 6 – реле давления
pa, Va, k,
Rа, ia,
Ta, a
k, Rа, Vп, pп, п , Tп


начальное давление газа в аккумуляторе pао = 35 МПа;
начальная температура газа наддува в аккумуляторе Тао = 288 K;
начальная температура газа наддува в подушке топливного бака Тпо = 300 K.
массовый секундный расход компонента топлива из бака Gк = 32,46 кг/с;
компонент топлива – керосин Т-1, плотность компонента топлива к = 820 кг/м3;
время работы двигателя = 100 с;
газ наддува – азот, молярная масса газа наддува = 0,028 кг/моль;
процесс в аккумуляторе давления – изотермический.
Расчетная схема системы наддува приведена на рисунке 4.
4.1. Расчет процессов в аккумуляторе давления и газовой подушке бака при использовании дроссельной шайбы
4.1.1. Расчет истечения газа из аккумулятора давления через дроссель постоянного проходного сечения
1. Рассчитаем значение удельной газовой постоянной газа наддува:
,
где R – универсальная газовая постоянная, R = 8,314 ; – молярная масса газа наддува, кг/моль.
2. Определяем секундное изменение объема газовой подушки в баке, считая его равным объемному расходу топлива из бака постоянным при Gк = const:
м3/с,
где Gк – массовый секундный расход компонента топлива в баке, кг/с; к – плотность компонента топлива, кг/м3.
3. Находим потребный массовый расход газа наддува:
кг/с,
где pном – номинальное давление газа наддува в подушке, Па; Тп о – начальная температура газа наддува в подушке, K.
4. Определяем начальный объем аккумулятора:
м3,
где n – коэффициент запаса, учитывающий потери и обеспечивающий гарантированный запас газа наддува в аккумуляторе, n = 1,1; k – показатель адиабаты газа наддува; – время работы двигателя, с; pао – начальное давление газа наддува в аккумуляторе, Па; Тао – начальная температура газа наддува в аккумуляторе, K.
Проверим полученное значение по эмпирической зависимости:
м3,
где pmin – минимальное давление газа наддува в подушке, Па; Vк – объем компонента топлива в баке (рабочего запаса),
м3;
Vпо – начальный объем газовой подушки в баке, определяемый как 1…5 % от объема компонента в баке,
м3.
Расхождение значений Vao и V'ao удовлетворительное и не превышает 5 %. В дальнейших расчетах будем пользоваться значением Vao, полученным по основной формуле.
5. Внутренний радиус оболочки аккумулятора будет
м.
6. Принимаем значение диаметра проходного сечения дроссельной шайбы в пределах . В дальнейшем это значение будет уточняться.
.
7. Определяем начальный расход газа наддува из аккумулятора:
кг/с,
где m – газодинамическая функция,
;
– коэффициент расхода дросселя, его можно принять для непрофилированного дросселя = 0,61; f – площадь проходного сечения дроссельной шайбы,
м2.
8. Начальная плотность газа наддува в аккумуляторе будет
кг/м3.
9. Определяем значения температуры, плотности, давления и расхода в аккумуляторе в зависимости от времени работы двигателя.
Законы изменения температуры, плотности, давления и расхода в аккумуляторе:
– при адиабатном процессе истечения (выражения (24)–(27)):
[K]; [кг/м3];
[Па]; [кг/с];
– при изотермическом процессе истечения (выражения (28)–(29)):
;;
;,
где B – константа,
с-1.
4.1.2. Расчет процессов в газовой подушке бака при использовании дроссельной шайбы
10. Рассчитаем начальную плотность газа наддува в подушке:
кг/м3,
где pпо – начальное давление газа наддува в подушке, Па, .
11. Определим постоянную времени подушки:
с.
12. Находим давление газа наддува в подушке в момент времени с:
– при адиабатном процессе в аккумуляторе
[Па];
– при изотермическом процессе в аккумуляторе
[Па],
где;;.
13. Строим график зависимости давления газа наддува в подушке топливного бака от времени работы двигателя (рис. 5).
Рис. 5. Зависимость давления газа наддува в баке от времени работы двигателя
Рис. 5. Зависимость давления газа наддува в баке от времени работы двигателя

По графику видно, что давление наддува выходит из диапазона допустимых значений, заданных неравенством
.
Для выполнения условия необходимо чтобы возросло давление наддува в первые секунды работы двигателя. Это достигается увеличением диаметра дроссельной шайбы, т.е. увеличением расхода газа на наддув.
14. Подбираем диаметр проходного сечения d (см. п. 6), повторив расчеты по пп. 7–13, для одновременного выполнения условий:
,.
Для наших исходных данных .
15. Результаты расчетов для полученного значения диаметра дроссельной шайбы :
– площадь проходного сечения дроссельной шайбы м2;
– начальный расход газа наддува из аккумулятора кг/с;
– константа с-1.
16. Для нового значения диаметра дросселя определяем значения температуры, плотности, давления и расхода в аккумуляторе в зависимости от времени работы двигателя.
Изотермический процесс истечения
;;
;.
Результаты расчетов заносим в таблицу (табл. 1).
Таблица 1
Расчет параметров состояния газа в аккумуляторе давления
при истечении через дроссельную шайбу В = 1,73510-3 с-1
, с 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Тa, K 288 288 288 288 288 288 288 288 288 288 288
рa, МПа 35,00 32,09 29,43 26,98 24,74 22,68 20,80 19,07 17,49 16,03 14,70
a, кг/м3 409,3 375,3 344,1 315,5 289,3 265,3 243,2 223,0 204,5 187,5 171,9
Ga, кг/с 0,249 0,229 0,210 0,192 0,176 0,162 0,148 0,136 0,125 0,114 0,105
17. Для нового значения диаметра дросселя находим значения давления газа наддува в подушке в зависимости от времени работы двигателя.
Изотермический процесс в аккумуляторе
.
18. Определяем значения плотности газа наддува в подушке в момент времени с:
– при адиабатном законе в аккумуляторе
[кг/м3];
– при изотермическом законе в аккумуляторе
[кг/м3],
где;;.
19. Температура газа наддува в подушке в любой момент времени будет
[К].
20. Результаты расчетов заносим в таблицу (табл. 2).
Таблица 2
Расчет параметров состояния газа наддува в подушке топливного бака
при истечении через дроссельную шайбу V = 5,0 с
, с 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
рп, МПа 0,420 0,530 0,510 0,484 0,463 0,443 0,423 0,402 0,383 0,368 0,352
п, кг/м3 4,72 5,85 5,73 5,49 5,32 5,13 4,93 4,73 4,54 4,40 4,25
Тп, K 300 305 300 297 293 291 289 286 284 282 279
21. Строим графики зависимостей давления, плотности, температуры газа в аккумуляторе давления и расхода газа из аккумулятора от времени работы двигателя при истечении через дроссельную шайбу постоянного проходного сечения (см. приложение 3).
22. Строим графики зависимостей давления, плотности, температуры газа наддува в подушке бака от времени работы двигателя при истечении через дроссельную шайбу постоянного проходного сечения (приложение 4).
4.2. Расчет процессов при наддуве топливного бака с использованием газового редуктора
4.2.1. Расчет истечения газа из аккумулятора давления через газовый редуктор
Давление газа в баке по мере расходования компонента поддерживается в указанных пределах за счет подачи газа из системы наддува. Расход газа, поступающего в топливный бак из системы наддува, регулируется:
1) регулятором расхода с постоянной площадью проходного сечения (дроссельная шайба);
2) регулятором расхода с переменной площадью проходного сечения (газовым редуктором).
Первый способ конструктивно прост, но давление наддува в этом случае меняется в довольно широких пределах (прил. 4, рис. 6). Это вынуждает устанавливать в магистрали наддува, например, параллельно несколько шайб, подключенных для подачи газа в бак в процессе работы системы в определенной последовательности. Подключение дополнительной дроссельной шайбы увеличивает расход газа на наддув бака и тем самым давление газа в нем. Во втором способе регулятор может либо обеспечивать постоянство давления газа в баке, либо изменять его по заданной программе.
Использование высокопрочных материалов для изготовления обечайки бака, оптимизация конструкции топливных отсеков и некоторые другие факторы приводят к существенному сужению диапазона допускаемых пределов изменения давления наддува баков. Это вызывает потребность введения в систему наддува особых устройств, регулирующих давление в газовой подушке бака. Такие регуляторы, реагируя, например, на колебания давления в газовой подушке бака, будут изменять площадь проходного сечения специального регулирующего органа, изменяя тем самым количество газа, подаваемого на наддув бака.
Пункты 1–5 и 8 расчета (раздел 4.1) повторять не будем, так как исходные данные не изменились. Полученные значения используем для дальнейшего расчета. В случае коррекции исходных данных (например, при ужесточении требований по диапазону допустимых отклонений давления в баке) их необходимо повторить в полном объеме заново.
Вследствие того, что дроссельная шайба теперь заменена на газовый редуктор, пункты 6 и 7 (о выборе диаметра дросселя и расчете потребного расхода через дроссель) теряют смысл.
23. Определяем значения температуры, плотности, давления газа в аккумуляторе в зависимости от времени работы двигателя при истечении через газовый редуктор.
Законы изменения температуры, плотности и давления в аккумуляторе при опорожнении через газовый редуктор при линейном законе изменения свободного объема газовой подушки , где – скорость изменения объема газовой подушки, равная :
– при адиабатном законе
[Па]; [кг/м3]; [K];
где и ;
– при изотермическом законе
; ; .
Результаты расчетов заносим в таблицу (табл. 3).
24. Строим графики зависимостей давления, плотности, температуры газа в аккумуляторе давления от времени работы двигателя при истечении через газовый редуктор (см. приложение 5).
4.2.2. Расчет геометрических параметров газового редуктора
25. Расчет площади открытия клапана редуктора в зависимости от времени работы двигателя.
Потребный расход газа наддува
[кг/с], где ;
здесь – коэффициент расхода клапана газового редуктора, примем = 0,81; fкл – площадь проходного сечения в газовом редукторе, м2.
Выразим площадь клапана из предыдущего уравнения:
.
Результаты расчетов площади заносим в таблицу (табл. 3).26. Определение максимальных высоты подъема и площади проходного сечения клапана.
Максимальная площадь клапана будет в конце работы ( = кон , fкл.кон = fкл.max), в момент, когда высота подъема будет максимальной (zкл.кон= zкл.max).
Для тарельчатого клапана это значение можно определить следующим образом (см. рис. 6). Площадь проходного сечения клапана
,
где z – высота подъема клапана, м.
4697730359410z
dкл
Рис. 6
00z
dкл
Рис. 6
Максимальная площадь проходного сечения клапана при z = zmax будет равна площади отверстия
.
С учетом последних двух выражений
.
Таким образом, максимальная высота подъема тарельчатого клапана будет
.
Для конического клапана максимальное значение высоты подъема клапана можно принять
.
Таким образом,
.
27. Определяем диаметр клапана:
,
где fкл.кон = fкл.max – площадь проходного сечения клапана в конце работы двигателя (из табл. 3). Округляем до целого полученное значение в миллиметрах.
м.
Принимаем dкл=310-3 м.
28. Определяем высоту подъема клапана в зависимости от времени работы двигателя:
.
Результаты расчетов заносим в таблицу (табл. 3).
29. Строим зависимости площади открытия клапана и высоты подъема клапана от времени работы (см. приложение 5).
Таблица 3
Расчет параметров состояния газа в аккумуляторе давления
при истечении через газовый редуктор
c = 8,373106 , D = 0,331106 , dкл = 3 мм
, с 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
рa, МПа 35,00 32,63 30,27 27,90 25,53 23,16 20,80 18,43 16,06 13,69 11,33
a, кг/м3 409,3 381,6 353,9 326,3 298,6 270,9 243,2 215,5 187,8 160,1 132,5
Тa, K 288 288 288 288 288 288 288 288 288 288 288
fкл , мм2 2,81 3,02 3,25 3,53 3,85 4,25 4,73 5,34 6,13 7,19 8,69
z, мм 0,30 0,32 0,35 0,37 0,41 0,45 0,50 0,57 0,65 0,76 0,92
рп, МПа 0,42 0,51 0,59 0,67 0,73 0,77 0,80 0,79 0,75 0,64 0,42
30. Составим баланс сил, действующих на подвижную систему редуктора с компенсирующей мембраной (рис. 7):

где с1 – жесткость пружины мембраны; с2 – жесткость пружины клапана; zi – высота подъема клапана в любой момент времени; lзат.1 и lзат.2 – начальная затяжка соответствующих пружин; pп – давление газа на выходе из редуктора (давление подачи); Fкл – площадь поверхности клапана, на которую действует давление газа; p0 – давление окружающей среды; pа.i – давление газа на входе в редуктор (в газовом аккумуляторе) в любой момент времени; Fм.эф.1 и Fм.эф.2 – эффективные площади соответствующих мембран (основной 1 и компенсирующей 2).
Находим величину давления на выходе из редуктора:
.
Представив это выражение в виде ряда слагаемых, получим
(59)
Из уравнения (59) видно, что первый и четвертый члены постоянны и не зависят от условий работы редуктора. Второй член зависит от величины подъема клапана, а третий – от двух величин: давления газа на входе в редуктор и разности площадей клапана и эффективной площади второй мембраны. Поэтому величина третьего слагаемого может легко изменяться по желанию конструктора.
31. Площадь второй мембраны выбирают исходя из следующих соображений. Поскольку закон изменения величин второго и третьего членов разный, то получить их сумму постоянной в соответствии с выражением (59) на всем диапазоне давлений на входе в редуктор не представляется возможным. Но задавшись равенством давления на выходе из редуктора для двух любых точек характеристики (обычно это делают для начала и конца работы двигательной установки, т.е. ), можно получить следующее соотношение:
,
right126365с2
с1
р0
рп
ра
Fм2
Fм1
dкл
z
Рис. 7. Расчетная схема газового редуктора с компенсирующим устройством
00с2
с1
р0
рп
ра
Fм2
Fм1
dкл
z
Рис. 7. Расчетная схема газового редуктора с компенсирующим устройством
из которого легко определить необходимый размер второй мембраны:
.
В этом случае, как и для основной мембраны, площадь Fм.эф.2 является эффективной, а ее геометрические размеры рассчитываются в соответствии с выражением
,
где Fм.2, D2, Dм.2 – геометрическая площадь, диаметр жесткого днища и наружный диаметр компенсирующей мембраны соответственно:
; .
Определяем площадь поверхности клапана:
м2.
Начальные и конечные значения давления газа в аккумуляторе и высоты подъема клапана выбираем из таблицы 3:
pа.нач = 35,00106 Па,pа.кон = 11,33106 Па,
zнач = 0,3010-3 м,zкон = 0,9210-3 м.
32. Выбираем пружины и производим их расчет (по ГОСТ 13765-86) [1].
Пружина клапана
Выбираем винтовую цилиндрическую пружину сжатия 110 по ГОСТ 13767-86 (класс I, разряд 2) со следующими параметрами:
– сила F3 пружины при максимальной деформации – 5 Н;
– диаметр проволоки d – 0,4 мм;
– наружный диаметр пружины D1 = 3 мм;
– жесткость с1' одного витка – 14,290 Н/мм;
– наибольший прогиб одного витка s3' – 0,351 мм.
Назначаем число витков пружины: n = 3.
Полное число витков: n1 = n + n2 = 3 + 1,5 = 4,5,
где n2 – число нерабочих витков.
Жесткость пружины: с = с1' / n = 14,290 / 3 = 4,763 Н/мм = 4763 Н/м.
Средний диаметр пружины: D = D1 – d = 3 – 0,4 = 2,6 мм.
Рабочая деформация пружины (соответствует наибольшему принудительному перемещению подвижного звена в механизме) s2: для нашего газового редуктора наибольшее перемещение соответствует максимальной высоте подъема клапана, которую выбираем из таблицы 3,
s2 = zкон = 0,92 мм.
Сила пружины при рабочей деформации: F2 = cs2 = 4,7630,92 = 4,382 Н.
Сила пружины при максимальной деформации:
,
где – относительный инерционный зазор пружины сжатия (для пружин классов I и II = 0,05…0,25).
Н.
Значение силы при максимальной деформации выбранной пружины F3 = 5 Н попадает в полученный интервал, значит пружина выбрана правильно.
Максимальная деформация пружины: s3 = F3 / c = 5 / 4,763 = 1,05 мм.
Длина пружины при максимальной деформации:
l3 = (n1 + 1 – n3)d = (4,5 + 1 – 1,5)0,4 = 1,60 мм,
где n3 – число обработанных витков.
Длина пружины в свободном состоянии: l0 = l3 + s3 = 1,60 + 1,05 = 2,65 мм.
Длина пружины при рабочей деформации: l2 = l0 – s2 = 2,65 – 0,92 = 1,73 мм.
Пружина мембраны
По аналогичной методике подбираем пружину для мембраны:
винтовая цилиндрическая пружина сжатия 186 по ГОСТ 13767-86 (класс I, разряд 2) со следующими параметрами:
– сила F3 пружины при максимальной деформации – 12,5 Н;
– диаметр проволоки d – 0,6 мм;
– наружный диаметр пружины D1 – 4 мм;
– жесткость с1' одного витка – 32,310 Н/мм;
– наибольший прогиб одного витка s3' – 0,387 мм.
Число витков пружины: n = 3.
Полное число витков: n1 = 4,5.
Жесткость пружины: с = 10,77 Н/мм = 10770 Н/м.
Средний диаметр пружины: D = 3,4 мм.
Рабочая деформация пружины: s2 = 0,92 мм.
Сила пружины при рабочей деформации: F2 = 9,908 Н.
Сила пружины при максимальной деформации: Н.
Максимальная деформация пружины: s3 = 1,16 мм.
Длина пружины при максимальной деформации: l3 = 2,40 мм.
Длина пружины в свободном состоянии: l0 = 3,56 мм.
Длина пружины при рабочей деформации: l2 = 2,64 мм.
33. Определяем эффективную площадь компенсирующей мембраны:

где с1 = 10770 Н/м – жесткость пружины мембраны; где с2 = 4763 Н/м – жесткость пружины клапана.
34. Находим геометрические размеры компенсирующей мембраны 2:
– наружный диаметр компенсирующей мембраны
м;
– диаметр жесткого днища
м.
Анализируя геометрические размеры пружин, клапана и компенсирующей мембраны можно сделать вывод, что пружины могут быть установлены в габаритах клапана и мембраны.
35. Определяем геометрические размеры основной мембраны 1.
Задаемся наружным диаметром мембраны Dм.1 = 3,5 мм = 3,510-3 м.
Диаметр жесткого днища мембраны м.
Геометрическая площадь мембраны
м2.
Эффективная площадь основной мембраны
м2.
36. Находим начальные затяжки пружины 1 мембраны lзат.1 и пружины 2 клапана lзат.2.
Из выражения (59) получим:
.
Задаемся начальной затяжкой пружины 2 клапана lзат.2 = 0,510-3 м.
Давление окружающей среды принимаем нормальным атмосферным:
р0 = 101325 Па.
Остальные параметры выбираем соответствующими началу работы двигательной установки: рп.нач = рном = 0,42 МПа; zнач = 0,310-3 м; pа.нач = 35106 Па.
Тогда начальная затяжка пружины 1 мембраны:
.

37. Определяем значения давления газа наддува в подушке бака в зависимости от времени работы двигателя при истечении через газовый редуктор по выражению (59):
.
Результаты расчетов заносим в таблицу (табл. 3).
38. Строим график зависимости давления газа наддува в подушке бака от времени работы двигателя при истечении через газовый редуктор (прил. 5).
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Назначение и виды систем наддува.
Какую функцию выполняют системы наддува? Какие виды систем наддува применяются на ЛА? Дайте краткую характеристику газобаллонной, газогенераторной, химической системам наддува (рабочее тело, преимущества и недостатки, основные тенденции совершенствования).
2. Основные требования к системам наддува.
Для чего служит система наддува? Чем определяется выбор максимального и минимального значений давления газа наддува? Перечислите основные требования, предъявляемые к системам наддува.
3. Процессы в топливном баке при их наддуве.
От чего зависят параметры газа внутри бака? Какие процессы протекают внутри бака при его наддуве? Дайте краткую характеристику этим процессам. Что такое эффективная работоспособность газа наддува и как ее определить?
4. Основные уравнения термодинамического тела переменной массы.
В чем состоит основная особенность термодинамических процессов, протекающих в топливном баке? Запишите закон изменения состояния переменного количества газа. Какие параметры необходимо знать в этом случае для однозначного определения состояния газа? Постойте физическую модель и расчетную схему для определения параметров системы наддува. Назовите основные допущения и получите систему уравнений для определения параметров газа в емкости при ее наддуве.
5. Коэффициент расхода при истечении.
Запишите формулы расхода при изоэнтропическом одномерном течении и через суживающее сопло. Что называется коэффициентом расхода и от чего он зависит? Запишите формулы расхода при сверхкритическом режиме истечения и формулу Жуковского.
6. Расчет параметров газа в топливном баке при наддуве сжатым газом. Наполнение емкости постоянного объема.
Поясните работу системы наддува от аккумулятора давления через дроссель постоянного сечения. Перечислите уравнения, описывающие параметры газа внутри емкости постоянного объема. Какие допущения при выводе этих уравнений использовались?
7. Расчет параметров газа в топливном баке при наддуве сжатым газом. Наполнение емкости переменного объема.
Поясните работу системы наддува от аккумулятора давления через дроссель постоянного сечения. Перечислите уравнения, описывающие параметры газа внутри емкости переменного объема. Какие допущения при выводе этих уравнений использовались?
8. Динамика работы системы регулирования наддува топливных баков.
Чем определяются пределы изменения давления наддува в топливном баке? Какими способами можно регулировать расход газа, поступающего в топливный бак? Рассмотрите процесс возникновения автоколебаний в системе «корпус ЛА – система наддува».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. Т. 3 / В.И. Анурьев. – М.: Машиностроение, 2001. – 864 с.
2. Беляев Н.М. Расчет пневмогидравлических систем ракет / Н.М. Беляев. – М.: Машиностроение, 1983. – 219 с.
3. Козлов А.А. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок / А.А. Козлов, В.Н. Новиков, Е.В. Соловьев. – М.: Машиностроение, 1988. – 352 с.
4. Куденцов В.Ю. Основы проектирования пневмогидравлических систем ЖРДУ: учеб. пособие / В.Ю. Куденцов, В.В. Маркелов, А.Б. Яковлев. – Омск: Изд-ВО ОмГТУ, 2003. – 120 с.
5. Пневмогидравлические системы двигательных установок с ЖРД / под ред. В.Н. Челомея. – М.: Машиностроение, 1978. – 238 с.
6. Пневмогидравлические системы и автоматика ДЛА: метод. указания к курсовому проекту для студентов специальностей 130400, 130600 / сост. А.Б. Яковлев, В.Ю. Куденцов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. – 32 с.
7. Яковлев А.Б. Электронный учебно-методический комплекс «Пневмогидравлические системы и автоматика» / А.Б. Яковлев. – Омск: ЦИТ ОмГТУ, 2009.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Титульный лист РГР
Министерство образования и науки Российской Федерации
Омский государственный технический университет
Кафедра «Авиа- и ракетостроение»
РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ В АККУМУЛЯТОРЕ ДАВЛЕНИЯ И ГАЗОВОЙ ПОДУШКЕ БАКА
РГР 02068999.45.ХХ.00.000.ПЗ
Выполнил: студент группы АК-417
Иванов А.А.
Проверил: доцент, канд. техн. наук
Яковлев А.Б.
Омск 2011
Приложение 2
Исходные данные для расчета
Вари-ант pmin , МПа pном , МПа pmax , МПа pао , МПа Tао , K Tпо , K Расход
Gк , кг/с Компонент
топлива Время
работы , c Газ
наддува Процессы
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 0,15 0,35 0,55 40 286 300 29,75 АТ 100 воздух адиаб.
2 0,20 0,35 0,50 36 289 303 26,52 Керосин 110 азот изот.
3 0,20 0,40 0,60 37 289 303 23,47 АК-20 90 гелий адиаб.
4 0,25 0,45 0,65 35 287 300 30,32 НДМГ 100 азот адиаб.
5 0,30 0,45 0,60 37 281 293 27,34 АК-27 110 воздух изот.
6 0,25 0,40 0,55 41 290 303 15,75 Аэрозин-50 90 азот изот.
7 0,40 0,60 0,80 44 285 297 24,53 АК-20 100 воздух адиаб.
8 0,30 0,50 0,70 32 285 297 18,96 НДМГ 110 азот адиаб.
9 0,40 0,55 0,70 38 289 301 11,16 АТ 90 гелий изот.
10 0,35 0,50 0,65 36 295 307 28,30 Аэрозин-50 100 азот изот.
11 0,30 0,50 0,70 44 287 300 27,15 АК-27 110 гелий адиаб.
12 0,30 0,50 0,70 43 290 303 30,17 Керосин 90 азот адиаб.
13 0,25 0,45 0,65 41 290 303 26,50 АТ 100 гелий адиаб.
14 0,30 0,45 0,60 44 287 300 24,25 Керосин 110 азот изот.
15 0,25 0,40 0,55 41 280 293 23,47 АК-20 90 гелий изот.
16 0,20 0,40 0,60 44 289 303 31,32 НДМГ 100 азот адиаб.
17 0,20 0,35 0,50 37 284 297 27,34 АК-27 110 воздух изот.
18 0,25 0,40 0,55 40 284 297 15,75 Аэрозин-50 90 азот изот.
19 0,30 0,50 0,70 39 288 301 14,16 АТ 90 воздух адиаб.
20 0,15 0,35 0,55 45 293 307 23,53 АК-20 100 гелий адиаб.
21 0,20 0,40 0,60 41 286 300 18,96 НДМГ 110 азот адиаб.
22 0,15 0,30 0,45 45 289 303 17,30 Аэрозин-50 100 азот изот.
23 0,20 0,35 0,50 38 289 303 19,51 АК-27 110 гелий изот.
24 0,20 0,40 0,60 42 286 300 15,75 Аэрозин-50 90 азот адиаб.
25 0,25 0,40 0,55 43 280 293 25,53 АК-20 100 воздух изот.
26 0,25 0,45 0,65 39 290 303 19,87 АТ 100 гелий адиаб.
27 0,30 0,45 0,60 38 284 297 30,23 НДМГ 100 азот изот.
28 0,15 0,35 0,55 46 283 297 14,52 Керосин 110 азот адиаб.
29 0,25 0,40 0,55 39 288 301 23,74 АК-20 90 гелий изот.
30 0,25 0,45 0,65 38 294 307 27,43 АК-27 110 воздух адиаб.
31 0,35 0,50 0,65 42 287 300 20,17 Керосин 90 азот изот.
32 0,20 0,40 0,60 43 289 303 18,96 НДМГ 110 азот адиаб.
33 0,30 0,50 0,70 45 290 303 21,16 АТ 90 гелий адиаб.
34 0,30 0,45 0,60 42 287 300 26,30 Аэрозин-50 100 азот изот.
35 0,20 0,35 0,50 48 280 293 28,31 АК-27 110 воздух изот.
Приложение 3
Графики зависимостей параметров состояния газа в аккумуляторе давления
Рис. 1. Зависимость температуры газа в аккумуляторе от времени работы
при истечении через дроссель
Рис. 2. Зависимость давления газа в аккумуляторе от времени работы
при истечении через дроссель
Рис. 3. Зависимость плотности газа в аккумуляторе от времени работы
при истечении через дроссель
Рис. 4. Зависимость расхода газа из аккумулятора от времени работы
при истечении через дроссель
Рис. 1. Зависимость температуры газа в аккумуляторе от времени работы
при истечении через дроссель
Рис. 2. Зависимость давления газа в аккумуляторе от времени работы
при истечении через дроссель
Рис. 3. Зависимость плотности газа в аккумуляторе от времени работы
при истечении через дроссель
Рис. 4. Зависимость расхода газа из аккумулятора от времени работы
при истечении через дроссель

Приложение 4
Графики зависимостей параметров состояния газа в газовой подушке
2
3
4
5
1
6
Рис. 5. Расчетная схема системы наддува бака:
1 – топливный бак; 2 – аккумулятор
давления; 3 – ЭПК; 4 – дроссель;
5 – ДПК; 6 – реле давления
pa, Va, k,
Rа, ia,
Ta, a
k, Rа, Vп, pп, п , Tп


Рис. 6. Зависимость давления газа наддува в баке от времени работы при истечении через дроссель
Рис. 7. Зависимость плотности газа наддува в баке от времени работы при истечении через дроссель
Рис. 8. Зависимость температуры газанаддува в баке от времени работы при истечении через дроссель
2
3
4
5
1
6
Рис. 5. Расчетная схема системы наддува бака:
1 – топливный бак; 2 – аккумулятор
давления; 3 – ЭПК; 4 – дроссель;
5 – ДПК; 6 – реле давления
pa, Va, k,
Rа, ia,
Ta, a
k, Rа, Vп, pп, п , Tп


Рис. 6. Зависимость давления газа наддува в баке от времени работы при истечении через дроссель
Рис. 7. Зависимость плотности газа наддува в баке от времени работы при истечении через дроссель
Рис. 8. Зависимость температуры газанаддува в баке от времени работы при истечении через дроссель

Приложение 5
Графики зависимостей параметров состояния газа в аккумуляторе, площади открытия и высоты подъема клапана редуктора от времени работы для случая использования в системе наддува газового редуктора
-1593850Рис. 13. Зависимость высоты подъема клапана от времени работы при истечении через редуктор
Рис. 14. Зависимость давления газа наддува в подушке бака от времени работы при истечении через редуктор
Рис. 9. Зависимость давления газа в аккумуляторе от времени работы при истечении через редуктор
Рис. 10. Зависимость плотности газа в аккумуляторе от времени работы при истечении через редуктор
Рис. 11. Зависимость температуры газа в аккумуляторе от времени работы при истечении через редуктор
Рис. 12. Зависимость площади клапана от времени работы при истечении через редуктор
00Рис. 13. Зависимость высоты подъема клапана от времени работы при истечении через редуктор
Рис. 14. Зависимость давления газа наддува в подушке бака от времени работы при истечении через редуктор
Рис. 9. Зависимость давления газа в аккумуляторе от времени работы при истечении через редуктор
Рис. 10. Зависимость плотности газа в аккумуляторе от времени работы при истечении через редуктор
Рис. 11. Зависимость температуры газа в аккумуляторе от времени работы при истечении через редуктор
Рис. 12. Зависимость площади клапана от времени работы при истечении через редуктор


Редактор Ю. Н. Чигвинцев
Компьютерная верстка – Е. В. Беспалова
ИД № 06039 от 12.10.2001 г.
Сводный темплан 2011 г.
Подписано в печать 19.01.11. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная.
Отпечатано на дупликаторе. Усл. печ. л. 2,75. Уч.-изд. л. 2,75.
Тираж 100 экз. Заказ 95.
_________________________________________________________
Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11; т. 23-02-12
18408652698754000020000Типография ОмГТУ
169735589884254000020000

Приложенные файлы

  • docx 19349374
    Размер файла: 812 kB Загрузок: 2

Добавить комментарий