5.1 Оценочный расчёт массы и габаритов “холодной” системы наддува

Исходные данные:

Давление насыщенных паров керосина ;

Давление насыщенных паров кислорода ;

Плотность керосина ;

Плотность кислорода ;

Объем заправляемого окислителя ;

Объем заправляемого горючего .

Рис.8. Расчётная схема

Выполнение расчёта

5.1.1 Определение давления в газовой подушке бака горючего

Расчёт минимального давления

Значения определяется по трём условиям.

1) Условие бескавитационной работы насоса горючего в момент старта:

, [2]

где - гидростатическое давление столба жидкости.

,

где - суммарные потери давления.

,

где - скорость течения компонента в магистрали;

- коэффициент местного сопротивления;

- осевая перегрузка в момент старта;

- высота столба жидкости;

- кавитационный запас; выбирается из диапазона

.

Принимаем: .

2) Условие бескавитационной работы насоса горючего в конце работы 1-й ступени.

,

где - суммарные потери давления.

,

где ,

где ;

,

где - высота остатков незабора.

3) Условие отсутствия кавитации на заборном устройстве в конце работы ДУ.

,

где ,

где ;

-потери давления на сифонном заборном устройстве:

,

где - коэффициент местного сопротивления для сифона

- кавитационный запас, выбирается из диапазона

.

Принимаем: .

Из 3-х выбираем максимальное значение: .

Максимальное давление в подушке бака горючего:

;

где - разница между максимальным и минимальным давлениями; обычно

. Принимаем .

Номинальное давление в подушке бака горючего:

.

5.1.2 Расчёт “холодной” системы наддува для бака горючего

Потребный объём аккумулятора давления:

,

где - коэффициент запаса;

- коэффициент адиабаты азота;

- начальное давление в аккумуляторе давления. Выбирается из диапазона

. Принимаем ;

- конечное давление в аккумуляторе давления.

Радиус шарбаллона:

.

Толщина стенки шарбаллона:

;

где - коэффициент запаса;

- предел прочности для титанового сплава ВТ6.

Внешний объём шарбаллона:

.

Объём оболочки шарбаллона:

.

Масса конструкции шарбаллона (включая массу дополнительных устройств и элементов крепления):

.

Масса рабочего тела (азота):

,

где - газовая постоянная для азота;

- температура газа наддува.

Масса «холодной» системы наддува для бака горючего:

.

5.1.3 Расчёт “холодной” системы наддува с подогревом для бака горючего

Потребный объём аккумулятора давления:

,

где - температура входа газа наддува в бак.

Радиус шарбаллона:

.

Толщина стенки шарбаллона:

.

Внешний объём шарбаллона:

.

Объём оболочки шарбаллона:

.

Масса конструкции шарбаллона (включая массу дополнительных устройств и элементов крепежа):

.

Масса рабочего тела (азота):

.

Масса “холодной” системы наддува с подогревом для бака горючего:

.

5.1.4 Определение давления в газовой подушке бака окислителя

Расчёт минимального давления

Значения определяется по трём условиям.

1) Условие бескавитационной работы насоса окислителя в момент старта.

,

где ;

,

где - скорость течения компонента в магистрали;

- высота столба жидкости.

2) Условие бескавитационной работы насоса окислителя в конце работы 1-й ступени.

,

где ;

,

где ; [2]

,

где - высота остатков незабора.

3) Условие отсутствия кавитации на заборном устройстве в конце работы ДУ.

,

где ,

;

-потери давления на тарельчатом заборном устройстве:

,

где - коэффициент местного сопротивления для тарели.

Из 3-х выбираем максимальное значение: .

Максимальное давление в подушке бака окислителя:

;

где .

Номинальное давление в подушке бака окислителя:

.

5.1.5 Расчёт “холодной” системы наддува для бака окислителя

Потребный объём аккумулятора давления:

,

где - конечное давление в аккумуляторе давления.

Радиус шарбаллона:

.

Толщина стенки шарбаллона:

.

Внешний объём шарбаллона:

.

Объём оболочки шарбаллона:

.

Масса конструкции шарбаллона (включая массу дополнительных устройств и элементов крепежа):

Масса рабочего тела (азота):

,

где - газовая постоянная для азота;

- температура газа наддува.

Масса «холодной» системы наддува для бака горючего:

.

5.1.6 Расчёт “холодной” системы наддува с подогревом для бака окислителя

Потребный объём аккумулятора давления:

,

где - температура входа газа наддува в бак.

Радиус шарбаллона:

.

Толщина стенки шарбаллона:

.

Внешний объём шарбаллона:

.

Объём оболочки шарбаллона:

.

Масса конструкции шарбаллона (включая массу дополнительных устройств и элементов крепежа):

Масса рабочего тела (азота):

.

Масса “холодной” системы наддува с подогревом для бака горючего:

.