Проектная разработка наклонного универсального испытательного стенда с газоотводящим каналом для отработки маршевых ракетных двигателей

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
Кафедра Испытания летательных аппаратов
Дипломный проект на тему "Проектная разработка наклонного универсального испытательного стенда с газоотводящим каналом для отработки маршевых ракетных двигателей"
Байконур 2017

Исходные данные и технические характеристики огневого стенда:
Тяга двигателя на стенде: P=2∙(10)^6 [Н];
Компоненты топлива: Жидкий кислород + жидкий водород.
Плотность компонентов топлива:
Горючее: ρ_г=70,81 [кг/м^3 ];
Окислитель: ρ_ок=1139 [кг/м^3 ];
Максимальное время работы двигателя: t=100 [с];
Универсальная газовая постоянная: R_ст=324 [Дж/К∙кг].
По прототипу двигателя были выбраны следующие данные:
Соотношение компонентов топлива: K=6,0;
Удельный импульс тяги: I_уд=3463,7 [м/с].

В данном дипломном проекте спроектирован универсальный наклонный стенд огневых испытаний для двухкомпонентного жидкостного ракетного двигателя большой тяги более 200 т.
В общей части дипломного проекта произведен выбор основных проектных параметров. Рассчитаны объёмно - геометрические и массово - энергетические характеристики стенда. В результате была сформирована конструктивно-пневмогидравлическая схема, соответствующая заданным исходным данным на проектирование.
При расчете на прочность выполнен расчет на прочность сжатого баллона подачи азота и воздуха, бака горючего, а также трубопровод подачи топливо. Расчёт на прочность показал соответствие элементов конструкции условиям штатной эксплуатации.
В конструкционной части описана конструкция наклонного стенда.
В специальной части выполнена оптимизация средств теплоизоляций магистралей подачи криогенных КТ.
В технологической части дипломного проекта рассмотрен вопрос, связанный с технологией проведения испытаний ЖРД на наклонном стенде.
В разделе «Безопасность жизнедеятельности» рассмотрены правила и меры безопасности при работе с жидким водородом. Также был произведен расчет системы пожаротушения хладоном.
В экономической части дипломного проекта был произведен расчет стоимости проектирования наклонного огневого стенда для испытания ЖРД.

Содержание:
Перечень условных сокращений
Введение
1 Основные проектные параметры
1.1 Общие понятия об испытаний и устройстве испытания ЖРД
1.2 Основные системы стенда
1.2.1 Топливная система стенда
1.2.2 Топливные баки «Г» и «О»
1.2.3 Характеристика компонентов топлива
1.2.4 Трубопроводы
1.2.5 Клапаны
1.2.6 Система наддува топливных баков
1.2.7 Система заправки жидким водородом
1.2.8 Технологические особенности заправки криогенным горючим. Система подготовки водородного бака к заправке
1.2.9 Система пожаротушения
1.2.10 Система охлаждения
1.2.11 Тягоизмерительное устройство
1.3 Расчёт основных проектных параметров
1.4 Расчёт топливных баков «Г» и «О»
1.4.1 Расчёт продольных размеров бака окислителя
1.4.2 Определение плотности топлива
1.4.3 Определение массового секундового расхода КТ
1.4.4 Объем топлива необходимого для обеспечения заданного импульса
1.4.5 Объем топлива, при потери идущего на запуск испытание
1.4.6 Объём потерь топлива при запуске двигателя
1.5 Объём газовой подушки топливных баков
1.6 Объём гарантийного остатка топлива
1.7 Объём, занимаемый арматурой топливного бака
1.7.1 Полный объём топливных баков
1.8 Расчёт продольных размеров баков
1.8.1 Расчёт продольных размеров бака горючего
1.8.2 Расчёт продольных размеров бака окислителя
1.9 Оценочный расчёт массы топливного отсека
1.10 Расчет топливоподающей магистрали ПГС стенда
1.10.1 Расчёт гидравлических потерь в магистралях горючего
1.10.1.1 Диаметр трубопровода определяется
1.10.1.2 Расчет статического давления в магистрали «Г»
1.10.1.3 Расчёт потерь давления в топливных магистралях
1.10.1.5 Расчет потерь давления на трение в трубопроводах
1.10.2 Расчёт гидравлических потерь в магистралях окислителя
1.10.2.1 Диаметр трубопровода определяется
1.10.2.2 Расчет скорости звука в трубопроводе с жидкостью
1.10.2.3 Расчет статического давления в магистрали «О»
1.10.2.4 Расчёт потерь давления в топливных магистралях
1.11 Расчет системы наддува топливных баков
1.11.1 Определение давления в газовой подушке бака горючего
1.12 Расчёт холодной системы наддува бака горючего
1.12.1 Расчет потребного объема аккумулятора давления
1.12.2 Определение массы рабочего тела аккумулятора давления
1.12.3 Расчет массы конструкций аккумулятора давления
1.12.4 Определяется масса "холодной" системы наддува бака горючего
1.12.5 Определение давления в газовой подушке бака окислителя
1.12.6 Расчёт минимального давления
1.12.7 Расчёт максимального давления в подушке бака окислителя
1.12.8 Расчёт номинального давления в подушке бака окислителя
1.13 Расчёт "холодной" системы наддува бака окислителя
1.14 Расчёт системы азотной подготовки бака горючего
1.14.1 Определяется масса рабочего тела аккумулятора давления
1.14.2 Масса конструкции баллона определяется
1.14.3 Определяется масса системы азотной подготовки бака горючего
1.15 Расчёт системы водородной подготовки бака горючего
1.16 Расчёт элементов автоматики
1.16.1 Расчет дренажно-предохранительного клапана
1.16.2 Расчёт редуктора давления
1.16.2.1 Определение размеров дросселирующего сечения и клапана
1.16.2 .2 Определение затяжки пружин редуктора, размеров и жесткости пружин и чувствительных элементов
1.16.2.3 Рассчитывается характеристики редуктора
1.16.2.4 Определение размеров дросселирующего сечения и клапана
1.16.2.5 Определение затяжки пружин редуктора, размеров и жесткости пружин и чувствительных элементов
1.16.2.6 Рассчитывается характеристики редуктора
1.17 Расчёт времени заправки
1.18 Расчет газоотводящего канала
1.19 Расчет конвективного охлаждения стенок газоотводящего канала
1.19.1 Расчет конвективного теплового потока от газа к стенке
1.19.2 Расчет лучистого теплового потока
1.19.4 Расчет сопротивления теплоотдачи со стороны газа
1.19.5 Расчет сопротивления теплопроводности
1.20 Вывод по разделу
2 Расчет на прочность
2.1 Обеспечение прочности конструкции
2.2 Выбор материала
2.3 Расчёт на прочность баллона сжатого газа
2.3.1 Расчет баллонов
2.3.2 Днище эллиптическое
2.3.3 Обечайка цилиндрическая
2.4 Расчёт на прочность баков горючего
2.4.1 Расчёт на прочность бака горючего
2.4.2 Расчёт меридиональных и окружных усилий
2.5 Расчет на прочность трубопровода подачи окислителя
2.6 Вывод по разделу
3 Описание конструкции
3.1 Общие сведения
3.2 Топливная система стенда
3.3 Топливные баки
3.3.1 Бак окислителя
3.3.2 Бак горючего
3.4 Трубопроводы
3.5 Клапаны
3.6 Система наддува топливных баков
3.7 Система подготовки к заправке бака горючего
3.8 Система пожаротушения
3.9 Система охлаждения
3.10 Вывод по разделу
4 Технологическая часть
4.1 Техническая документация, применяемая при испытаниях
4.2 Техпроцесс подготовки и проведения испытаний
4.3 Обработка ЖРД после испытания
4.4 Вывод по разделу
5 Специальная часть
5.1 Оптимизация средств теплоизоляций магистралей подачи криогенных КТ
5.1.1 Общие сведения
5.1.2.1 Волокнистые материалы
5.1.2.2 Пенопласты
5.1.3 Оптимизация средств теплозащиты топливного бака окислителя
5.1.3.1 Расчет теплозащитного покрытия с использованием пенопласта
5.1.3.2 Расчет теплозащитного покрытия с использованием волокнистого материала
5.2 Вывод по разделу
6 Безопасность жизнедеятельности
6.1 Правила устройства и безопасной эксплуатации испытательных комплексов ЖРД и ДУ
6.2.1 Хранение и транспортировка жидкого водорода
6.3 Техника безопасности при работе с жидким водородом
6.3.1 Особенности применение жидкого водорода
6.4 Проблемы обеспечения безопасности стендовых испытаний двигательных и энергетических установок на водородном топливе
6.4.1 Обеспечение безопасности испытаний двигателей и их агрегатов
6.5 Обеспечение безопасности испытаний ДУ на стенде
6.6 Расчет установки пожаротушения хладоном
6.7 Вывод по разделу
7 Экономическая часть
7.1 Себестоимость проектирования наклонного огневого стенда
7.2 Оценка косвенного экономического эффекта от внедрения ПП
7.3 Вывод по разделу
Заключение
Список использованных источников