Как посчитать двигатель для ракеты

Рассмотрен практический пример использования известной программы расчета характеристик твердотопливных ракетных моторов Rocki-motors.

Наверно многие ракетчики пользуются программным обеспечением, созданным RocKIРАКЕТНЫЕ ПРОГРАММЫ. Большой популярностью пользуется программа Rocki-motors:

Программа расчета характеристик твердотопливных ракетных моторов Rocki-motors это глубокая модификация программы Rocki-motor. В основе также лежит теоретическая модель Накки. Но кроме простых зарядов с круглым центральным каналом, программа позволяет рассчитывать характеристики моторов со скрепленным зарядом, имеющим фигурный канал. Можно просчитать заряды со звездообразным каналом, щелевым каналом и, так называемом, «moonburner», или «луна». Таким образом значительно расширяются возможности проектирования РДТТ.

Пример того, как можно использовать программу при создании двигателя.

Примерный порядок конструирования РДТТ на сорбитовом топливе.

Определяемся с конфигурацией топливного заряда исходя из габаритов будущей камеры сгорания. Пусть это будет 5 шашек калибра 36 мм с каналом 12 мм. Длину шашки для начала берем с потолка, пусть 70 мм. Диаметр критики выбираем как и канал 12мм.

Закладываем их в калькулятор.

И видим, что профиль тяги получился прогрессивный. Это означает, что длина нашей шашки больше стандартного значения и ее нужно уменьшить, чтобы приблизить тягу к нейтральному профилю.

  • Но иногда нужно наоборот делать тягу на прогресс (или на регресс), сейчас нам этого не нужно.

Уменьшаем длину до 60 мм и получаем… ну примерно нейтральный профиль, годится!

Здесь мы видим, что максимальное давление в КС у нас 2,13 МПа. Маловато будет!

Чтобы увеличить давление нужно увеличить Kn, а для этого нужно уменьшить критику. (Для справки, рабочий Kn для сорбитовой карамели находится в границах 200-300.)

Уменьшаем критику до 10 мм:

Вот теперь у нас давление 3,64 МПа. Как бы можно и так оставить, но если корпус двигателя позволяет, и есть желание увеличить мощность, то критику можно еще уменьшить.
Уменьшаем дальше, попробуем 9 мм:

Ну вот теперь давление 4,97 МПа, а это уже примерно 50 атм. Годится! А по факту давление будет немного побольше, т.к. топливо на поверхности горит неравномерно, и она становится неровной, в результате реальный Kn уже будет немного больше, чем посчитано геометрически (это характерно именно для сорбита). В итоге можно прибавить около 10-20% сверху, и ожидать давления в КС на уровне 55-60 атм.

Смотрим на параметры и видим, что время работы примерно 1,5 сек, по факту из-за несовершенства технологии получим немного побольше (получится ~1,7-1,8 с). Тяга средняя около 390 Н, полный импульс 590 Н*с. И вот теперь параметр УИ (удельный импульс) получается 126,6с. Сейчас мы будем выжимать из него максимум.

Смотрим на расширение сопла, сейчас оно равно 4,9 (это при диаметре среза 20 мм). Пробуем с ним поиграться и сделать срез 30 мм, что получится?

А получится то, что УИ возрос до 128 с. Задаемся вопросом, а все ли мы выжали из сопла?
Давай попробуем еще увеличить диаметр среза и сделать его 35 мм.
Смотрим!

Оказывается — без изменений!!!!!!!

Проверяем в другую сторону и делаем срез 25 мм, что теперь?

О-па! А теперь УИ еще подрос на 0,2 c и стал уже 128,2 с.

Вот такими манипуляциями мы выводим диаметр среза на величину самого высокого УИ.

Я с этой процедурой провел примерно 5 итераций и определил, что наименьший диаметр среза, при котором УИ находится на самом высоком уровне это 24 мм. Это значение и будет оптимальным.

Ну вот теперь мы уже определись с конструкцией и можем строить реальный двигатель.

Но на этом наши расчеты не заканчиваются. И мы вернемся к ним после изготовления шашек.

При изготовлении шашек нам важно точно определить их массу. Делается это предварительным взвешиванием бронировок, и последующим взвешиванием готовых шашек. Путем вычитания мы получаем массу топлива в двигателе. Пусть, к примеру, она у нас получилась 460 грамм.

Снова смотрим в расчет, а там у нас фигурирует значение 474,7 грамма. Значит меняем коэффициент плотности топлива, и этот коэффициент путем несложного перебора получается 0,92.

А что же изменилось в параметрах двигателя? Смотрим.

Видим, что характеристики немного упали, но мы не расстраиваемся, потому что так бывает всегда.

А что у нас с оптимальным расширением? Об этом мы позаботились заранее, и специально заложили в расчет самый минимальный диаметр среза при самом максимальном УИ. И хоть в целом наш УИ несколько упал, мы все равно не имеем перерасширения сопла и этим гордимся!

Теперь наш расчет готов, и мы можем смело перенести его значения в полетный калькулятор.

Открываем вкладку «calc» и копируем из нее два последних столбца.

Переносим эти значения в «Альтиммекс» и начинаем расчет полета нашей ракеты.

О том как это сделать, это совершенно отдельная песня.

Mihail66