Двигательные установки космических аппаратов (ДУКА)

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «МГТУ им Н.Э.Баумана»

В.Е. Медведев, А.Г. Минашин, С.Д. Панин, Б.Б. Петрикевич

Курс лекций по направлениям

Двигательные установки летательных аппаратов (ДУЛА)

Двигательные установки космических аппаратов (ДУКА)

Под редакцией Б.Б. Петрикевича

Москва, 2010 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Литература………………………………………………………………………………...4
1.Основы теории термических ракетных двигателей…………………………………..5

Лекция 1……………………………………………………………………………………...5

1.1. Введение………………………………………………………………………………...5

1.2.Краткий исторический экскурс………………………………………………………...5

1.3.Классификация реактивных двигателей……………………………………………….7

Лекция 2…………………………………………………………………………………….12

2.1. Ракетный двигатель как тепловая машина летательного аппарата………………..12

2.2. Выходные показатели ракетного двигателя…………………………………………14

2.2.1. Тяга ракетного двигателя…………………………………………………………...14

2.2.2. Удельные параметры ракетного двигателя………………………………………..17

2.2.3. Расходный комплекс камеры……………………………………………………….19

2.2.4. Коэффициент тяги…………………………………………………………………..20

2.2.5. Геометрическая степень расширения сопла………………………………………21

2.2.6. Удельная масса ракетного двигателя………………………………………………21

2. Генерация рабочего тела………………………………………………………..................23

Лекция 3…………………………………………………………………………………….23

3.1. Оценка эффективности ракетного двигателя……………………………………….23

3.2. Топлива ракетных двигателей………………………………………………………..24

3.3. Жидкие ракетные топлива……………………………………………………………25

3.3.1. Коэффициент избытка окислителя………………………………………………...25

3.3.2. Основные характеристики жидких топлив………………………………………..28

3.3.3. Твердые ракетные топлива…………………………………………………………32

Лекция 4…………………………………………………………………………………….35

4.1. Гибридные топлива…………………………………………………………………...40

4.2. Горение жидких топлив………………………………………………………………41

4.3. Горение твердых топлив……………………………………………………………...45

Лекция 5…………………………………………………………………………………….47

5.1. Горение гибридных топлив…………………………………………………………..48

5.2. Термогазодинамика ракетного двигателя…………………………………………..49

5.2.1. Термодинамические расчеты состава и параметров рабочего тела…………….49

5.2.2. Термогазодинамика потока рабочего тела………………………………………..51

Лекция 6……………………………………………………………………………………55

6.1. Течение газа в соплах………………………………………………………………...55

6.2. Профилирование камеры жидкостного ракетного двигателя……………………..58

6.2.1. Определение размеров камеры сгорания………………………………………….58

6.2.2. Профилирование сопла……………………………………………………………..60

6.2.3. Профилирование сопла ракетного двигателя твердого топлива…………………62

6.2.4. Потери удельного импульса в ракетных двигателях (в камере ЖРД и РДТТ)………………...............................…………………………………………..............63

6.2.5. Потери удельного импульса в сопле……………………………………………….63

3. Схемные и конструктивные решения жидкостных ракетных двигателей……71

Лекция 7…………………………………………………………………………………….71

7.1. Тепломассообмен в ракетных двигателях…………………………………………...71

7.1.1. Конвективный теплообмен………………………………………………………....71

7.1.2. Массообмен по тракту сопла ракетного двигателя твердого топлива…………..76

Лекция 8…………………………………………………………………………………….82

8.1. Радиационный теплообмен в ракетных двигателях………………………………...82

8.2. Перенос теплоты в конструкциях ракетных двигателей…………………………...85

8.3. Организация тепловой защиты жидкостного ракетного двигателя………………..86

Лекция 9 ……………………………………………………………………………………91

9.1. Тепловая защита в ракетных двигателях твердого топлива………………………..91

Лекция 10………………………………………………………………………………...…97

10.1. Основные узлы и агрегаты жидкостного ракетного двигателя…………………97

10.2. Схемы двигательных установок с вытеснительной системой

подачи топлива……………………………………………………………………………..98

10.3. Схемы жидкостных ракетных двигателей с турбонасосной

системой подачи топлива………………………………………………………………...101

Лекция 11………………………………………………………………………………….108

11.1. Турбонасосные агрегаты жидкостных ракетных двигателей……………………108

112. Величины, характеризующие работу насоса……………………………………...110

Лекция 12………………………………………………………………………………….113

12.1. Турбины турбонасосных агрегатов………………………………………………..113

12.1.1 Классификация турбин…………………………………………………………....113

12.2. Жидкостные генераторы газа……………………………………………………...116

4. Схемные и конструктивные решения жидкостных ракетных

двигателей малой тяги……………………………………………………………………....117

Лекция 13………………………………………………………………………………….117

13.1. Движение космических летательных аппаратов…………………………………117

13.2. Управление движением космического летательного аппарата.

Активные, пассивные и комбинированные системы управления…………………….118

13.3. Функциональная схема системы управления движением КЛА…………………119

13.4. Классификация ракетных двигателей систем управления.

Управление движением КЛА с помощью ракетного двигателя………………………120

13.5. Динамические характеристики ЖРДМТ………………………………………….123

13.6. Экономичность ЖРДМТ………………….………………………………………..125

Лекция 14………………………………………………………………………………….127

14.1. Основные требования к ЖРДМТ………………………………………………….127

14.2. Общие принципы проектирования ЖРДМТ……………………………………...127

14.3. Проектирование и расчет параметров и характеристик ЖРДМТ……………….128

5. Характеристики ракетного двигателя. Статические

характеристики жидкостного ракетного двигателя…………………………………..137

Лекция 15………………………………………………………………………………….137

15.1. Дроссельная (расходная) характеристика ЖРД………………………………......137

15.2. Высотная характеристика РД……………………………………………………...138

15.2.1. Высотная характеристика двигателя с постоянным соплом…………………..140

15.2.2. Высотная характеристика двухпозиционного (раздвижного) сопла………….140

Лекция 16………………………………………………………………………………….141

16.1. Неустойчивость процессов в жидкостных ракетных двигателях……………….141

16.2. Запуск, останов, регулирование и управление ЖРД…………………………..143

6. Схемные и конструктивные решения ракетных двигателей

твердого топлива……………………………………………………...…………………...….145

16.3. Схемные и конструктивные решения ракетных двигателей

твердого топлива………………………………………………………………………….145

16.4. Корпуса маршевых РДТТ с зарядами…………………………………………….146

Лекция 17………………………………………………………………………………….153

17.1. Сопла маршевых РДТТ и системы создания боковых усилий…………………..153

17.2 Вспомогательные РДТТ…………………………………………………………….168

17.3. Стратегия развития средств выведения. 172

17.3.1. Современное состояние и перспективы развития средств

выведения за рубежом. 173

17.3.2. Современное состояние отечественных СВ. 180

17.3.3. Основные тенденции развития средств выведения КА. 183

17.3.4. Основные стратегические направления развития и использования

отечественных СВ. 186

17.3.5. Перспективные средства выведения 188

Литература

1. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. / Под ред. Д.А. Ягодникова. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005 – 488с.

2. Управляемые энергетические установки на твердом ракетном топливе / Под ред. М.И. Соколовского и В.И. Петренко. М.: Машиностроение, 2003 – 464с.

3. Дорофеев А.А. Основы теории тепловых ракетных двигателей: Учебник для авиа- и ракетостроительных специальностей вузов. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999 – 415с.

4. Волков В.Т., Ягодников Д.А. Исследование и стендовая отработка ракетных двигателей на твердом топливе. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007 – 295с.

5. Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива: Справочник. М.: Машиностроение, 1988 – 240с.

6. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей: Учебное пособие для авиационных специальностей вузов. В 2 кн. 4-е изд. / А.П. Васильев, В.М. Кудрявцев и др. М.: Высшая школа, 1993.

7. Конструкция ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. Л.Н. Лаврова. М.: Машиностроение, 1993 – 215с.

8. Космические двигатели: состояние и перспективы / Под ред. Л.Кейвни. М.: Мир, 1988 – 400с.

9. Гладков И.М., Лалабеков В.И., Мухамедов В.С., Шмачков Е.Д. Массовые характеристики исполнительных устройств систем управления баллистических твердотопливных ракет и космических летательных аппаратов. М.: НТЦ «Информтехника», 1997 – 168с.

10.Николаев Ю.М., Панин С.Д., Соломонов Ю.С., Сычев М.П. Основы проектирования твердотопливных управляемых баллистических ракет. Часть 1. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998 – 104с.

11.Николаев Ю.М., Панин С.Д., Соломонов Ю.С., Сычев М.П. Основы проектирования твердотопливных управляемых баллистических ракет. Часть 2. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000 – 140с.

12.Проектирование исполнительных органов систем управления движением космических летательных аппаратов / Под общ. ред. Б.Б. Петрикевича. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009 – 99с.

1. Основы теории термических ракетных двигателей

ЛЕКЦИЯ 1