Исследование и расчет порохового газогенератора с регулятором скорости горения и сбросом газа в потребитель Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 681.5.013+621.646

B.C. Александров, д-р техн. наук, проф.,

М.А. Кожеуров, асп.,

Е.В. Морозова, канд. техн. наук, доц., (4872)35-38-35, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПОРОХОВОГО ГАЗОГЕНЕРАТОРА С РЕГУЛЯТОРОМ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ И СБРОСОМ ГАЗА В ПОТРЕБИТЕЛЬ

Рассматриваются вопросы анализа статических, динамических характеристик и проектировочного расчета порохового газогенератора с регулятором скорости горения, выполненным в виде сбросового клапана с большой жесткостью механической пружины и сбросом газа в сверхзвуковое сопло.

Ключевые слова: регулятор скорости горения, пороховой генератор газ.

Расчетная схема исследуемого регулируемого газодинамического исполнительного устройства (РГИУ) [1] показана нарис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема РГИУ

Математическая модель рассматриваемого РГИУ была приведена в работе [1]. Проведем сначала на основе этой модели анализ установившегося и переходных режимов работы устройства, используя приведенные в работе [1] обозначения.

Установившийся режим ГИУ характеризуется следующими условиями:

Ф M = 0 АР M = 0 ^ = 0 = 0 АР = 0 АХ = 0

А ’А ’А ’А ’А А

Установившиеся значения переменных величин определяются с помощью системы нелинейных алгебраических уравнений, получаемых при подстановке этих условий в математическую модель ГИУ и преобразованных к следующему виду:

р _ ( ^мв^мв^о^мв . ю5у)у-1 Л» _ ^мв Sмв'^]®мв Y

м 8 • SГU¡(Т„ )^ЯТЙ' ’ Ры Цвс Sк мв’

-- ЦХ + Р м (Яшн - 5С) + Р BSC - РсSшн - ^тр = 0,

I 2к

Ру = ^вЛл/ ^ ^ 1 ^ в^(^в )^в ^ ^всВЛ(Лз ) _ ^с^ .

Графики статических характеристик ГИУ, рассчитанных при Sшн = sc = 7,85 -10-5м2, а=8,5 • 10-4, Ь=0,3175, у=0,579, к=1,28,

Я =389,8 Дж/кг • К, Т0=1607 К, 5=1,58 -103 кг/м3, I =0,484 м, т=120 с,

=0,1 МПа, Тс =293 К, лм=1,53 • 106 Н/м, ^пп =228 Н, £с=1-10-2м,

^=1,024 •10-5 м2, Sв=4,13-10-5 м2, Sмвmm = 6,26 •10-6 м2,

3 2

Sг =5,67 • 10- м , показаны на рис. 2 (порох НДП - 5А2).

Рис. 2. Статические характеристики ПГГ с РГИУ

Проектировочный расчет ГИУ был проведен по приведенной ниже методике из условия обеспечения максимального давления в камере сгорания Рмтахи ^упртах = 56 Н при начальной температуре заряда ¿н = + 50 0 С, а минимального давления Рмтт и ^упртги= 40 Н при ¿н = - 50 0 С.

Графики переходных процессов, которые вызваны мгновенным загоранием торцевой поверхности заряда в ПГГ с рассматриваемым РГИУ, показаны на рис. 3. Расчет проводился при указанных выше значениях параметров.

Рис. 3. Динамические характеристики ПГГ с РГИУ: а, в - при 223 К; б, в - при 323 К

Отличительной особенностью методики проектировочного расчета РСГ, работающего в режиме СК [1], является необходимость обеспечения (рис. 2, 3) максимального давления в камере сгорания Рм тах при +50 °С, а минимального давления Рм тт при -50 °С. С учетом этой особенности проектировочный расчет рассматриваемого РСГ можно привести в следующем порядке:

1) определить величины л(Х^), и д(X ) из условия обеспечения

расчетного режима работы сопла при Рв = Рвтт = 3 МПА:

к -1 — Р

па ) = (1 - — х2е)к-1 = с

Р УКр

1 Втіп вс

2) вычислить скорость истечения Ve и секундный массовый расход газа Gec min при FYUP min ■

Ve = акр в > Gec min = V mm = (Fynp _ AFynp ) / ;

3) рассчитать площади критического S6C и выходного Se сечений

сопла:

öL/ min у B . о

вС кр п ; ® ’

ШЛPB min )

Т

где при неучете теплообмена можно принять TB = Тм = —;

к

4) найти значения максимальной скорости горения Ur max и максимального давления в камере сгорания P M max, при которых устройство работает устойчиво:

U г

1 max у U1 max у

V

• 10

5

где U1mx = 10'3 [a • (323 - 273 + b)], а = 8,5 -10“4, b = 0,3175, v = 0,579;

5) рассчитать максимальное давление в предсопловой полости, обеспечивающее требуемое значение Fynp max:

^УПР max + РС Sв

Р

В max

6) ВЫЧИСЛИТЬ минимальную скорость горения Up min , исходя из условий равенства приходов газа от сгорания топлива и расходов газа через сопло:

С . P Uy • Рü ■

X тт Q _..кр/, Свс PB U - Г max В min .

0-Urör- \1всК.0 R— , min p >

■\RTB В max

7) определить минимальное давление в камере сгорания Рмmin, при

котором устройство будет функционировать стабильно:

1

р

М min

где Ul min = 10-3 [a (223 - 273 + b)];

ґиг Л

1 min у U1 min у

• 10

5

8) найти значение газодинамической функции расхода 7МВ [1];

325

9) с помощью условия равенства расходов Омв и G

вс

при ¿н = - 50 0 Си ¿н = + 500 С найти площади нерегулируемого и регулируемого впускных дросселирующих отверстий предсопловой полости:

&

MB min

MB max

^6СS6CYeC min PB min

iikp /fl у P ''

H'MBV MB^MB min M min

^ ec SeJeC max PB max

М-MB V®MB YMB max PM max

S = S - S •

МВРЕГ °MB max °MB min’

10) рассчитать радиус нерегулируемого впускного дросселя RMB:

S

R ___ I MB min .

AMB _ \ ’

V n

11) вычислить наибольший диаметр торцевой поверхности горения из двух возможных:

4Gi£jmn = 4G

max

UL- # I _ UL-

Г1_^Л0• UT . ’ Г2 Vя5• Uг

1 min у I max

12) используя соотношение SMBPEr = лDCXmax, и задаваясь D с, определить значение Xmax.

На втором этапе определяются параметры регулируемого одностороннего пружинного двигателя.

Используя уравнения равновесия механической подсистемы при температурах -50 °С и +50 °С, можно найти силу предварительного поджатая и жесткость механической пружины:

-рпп + Pb miJSc + Pm min (- Sc) - Pc- FTP = 0, при - 50 °C,

_Fnn _ Л^max + PB maxSC + P M max (_ SC ) _ PC+ PTP = 0,

при + 50 0C.

Отсюда находим формулы

Fnn = ~ЦХmax + PB maxSC + PM max (Sffl _ SC ) _ PC_ РТР.

(_ SC )(PM max ~ PM max ) ^ (PB max ~ PB max )SC

Л

X.

Полученные в результате проектировочного расчета значения параметров были приведены выше и использованы при анализе статических и динамических характеристик ПГГ с РГИУ.

Список литературы

1. Исследование функционирования порохового генератора газа с регулятором скорости горения и двухсторонней газовой пружиной / В.С.Александров [и др.]. В настоящем сборнике. С. 297-302.

2. Орлов В.Г. Основы теории и методов расчета регулируемых пороховых генераторов газа для управляемых ракет: учеб. пособие. Тула: 1978. 156 с.

V.S. Aleksandrov, M.A. Kozheurov, E.V. Morozova

RESEARCH AND CALCULATION OF THE POWDER GAS GENERATOR WITH THE REGULATOR OF SPEED OF BURNING AND DUMP OF THE GAS IN THE CONSUMER.

Questions of the analysis static, dynamic characteristics and designing calculation of a powder gas generator with a regulator of speed of the burning, executed in the form of the waste valve with the big rigidity of a mechanical spring and gas dump in a supersonic nozzle, are considered

Key words: a regulator of speed of burning, the powder generator gas.

Получено 03.10.11

УДК 629.7.062.2

Д.И. Евстратов, асп., (903) 528-46-87, [email protected],

В.И. Лалабеков, д-р техн. наук, проф., (916) 572-57-72,

ЫаЬекоу. [email protected],

А.Я. Лащёв, канд. техн. наук, доц., (963) 622-46-37,

[email protected]

(Россия, Москва, МАИ)

КОРРЕКЦИЯ ПОЛОЖЕНИЯ НУЛЕЙ И ПОЛЮСОВ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ТРАКТА ГАЗОГИДРАВЛИЧЕСКОГО РУЛЕВОГО ПРИВОДА

Рассмотрен вопрос корректировки сигнала управления газогидравлическим рулевым приводом для обеспечения инвариантности энергетического тракта от действия возмущающих факторов.

Ключевые слова: твердотопливный газогенератор, преобразователь энергии, ресивер, полюс передаточной функции, нуль передаточной функции, эрозия, шлакование.

Использование в составе источников питания приводов эффективных твердотопливных газогенераторов (ТГ) обусловлено необходимостью создания надёжных средств управления летательными аппаратами с длительными сроками эксплуатации без проведения трудоёмких регламентных работ. Этим требованиям в полной мере отвечает ТГ.

327