Курсовая работа: Проектирование плазменно-ионного двигателя

Система дросселирования служит для снижения давления рабочего вещества, поступающего из бака, до определённого уровня и поддержания его на этом уровне в заданных пределах.

Система регулирования и распределения предназначена для обеспечения заданного расхода вещества и подачи его в движитель.

Основными элементами системы хранения являются:

·  а) бак, представляющий собой ёмкость сферической формы и предназначенный для хранения рабочего вещества;

·  б) заправочная горловина – устройство для заправки и слива рабочего вещества;

·  в) датчик давления – прибор, контролирующий давление рабочего вещества в баке;

·  г) пироклапан отсекает систему хранения от системы подачи до начала эксплуатации.

Система дросселирования включает:

·  а) жиклер, предназначенный для понижения давления до заданного значения;

·  б) ресивер – промежуточная ёмкость в магистрали подачи, в которой поддерживается давление рабочего вещества на заданном определённом уровне;

·  в) электроклапан, поддерживающий предельно допустимое давление в ресивере.

Система регулирования рабочего вещества состоит из следующих элементов:

·  а) жиклёров, электроклапанов, и термодросселей, обеспечивающих заданные расходы в элементы движителя;

·  б) электроклапана (ЭК3), предназначенного для стравления воздуха перед началом работы двигателя.

Так как в данной работе учитывается резервирование двигателей. то в СХПРТ предусмотрено две системы подачи рабочего тела отдельно для каждого двигателя.

Расчет системы хранения и подачи рабочего вещества проводим по методическому пособию [3].

6.2 Определение основных параметров бака для хранения рабочего вещества

Бак рабочего вещества по своему размеру и массе составляет наибольшую часть движительной установки. Требования к материалу и конструкции бака определяются видом выбранного рабочего вещества и схемой системы подачи.

Основные требования к баку:

а) малая масса;

б) прочность;

в) герметичность;

г) коррозионная стойкость;

д) совместимость с выбранным рабочим веществом.

Запишем уравнение состояния газа, учитывая то, что газ при заправке находился под давлением Ро и температуре То:

                                    (6.1)

R=8.31 Дж·М/К– универсальная газовая постояння.

Определим из формулы (6.1) объем бака, т.е. объем рабочего тела Vо, приняв значение Ро=5·106 Па (т.к. не должно превышать критическое давление Ркр) и То=293 К (температура при нормальных условиях):

Зная объем бака, найдем его диаметр dб:

                               (6.2)

Если изменились условия хранения газа в баке (т.е. То выросла до Тmax), то уравнение состояния газа примет следующий вид:

Разделив уравнения состояния для двух случаев (Р=Рmax, Т=Тmax и Р=Ро, Т=То) друг на друга получим:

                                              (6.3)

Величину максимальной температуры Тmax примем равную 400 К.

Зная величину Тmax, определяем Рmax:

                                                     (6.4)

Па.

Напряжения, возникающие в стенках бака из-за давления Р, определяются по формуле:

.                             (6.5)

Максимальные напряжения будут возникать в стенках бака при Р=Рmax:

                                        (6.6)

Зная [σ] (в качестве материала, из которого изготавливается бак, выбираем титановый сплав ВТ5, для него степень черноты равна 0,63 [3], допускаемое напряжение (условный предел текучести) – [σ]=800 МПа) и учитывая то, что ≤[σ], вычисляем минимальную толщину стенки бака:

,                        (6.7)

где - коэффициент запаса.

Для обеспечения достаточной жесткости, чтобы использовать бак, как силовой элемент конструкции СХПРТ, принимаем, с учетом коэффициента запаса прочности  (для сферы), принимаем , тогда

Масса конструкции бака равна:

                    (6.8)

.

Масса заправленного газом бака равна:

                                               (6.9)

Важной характеристикой для СХПРТ, является коэффициент складирования, который показывает, во сколько раз масса заправленного бака больше массы хранящегося в нём рабочего тела.

Лучшей конструкцией бака считается конструкция, у которой γ принимает наименьшее значение.

Следует учесть то, что в использованных формулах мы пренебрегали изменением объема бака при расширении материала его конструкции при нагревании.

Рассчитанная ёмкость для хранения р.т. имеет следующие конструктивные параметры:

1.  Сферическая форма бака;

2.  Масса бака  ;

3.  Масса заправленного бака  ;

4.  Коэффициент складирования

5.  Рабочее тело хранится в газообразном состоянии.

6.3 Расчет проектных параметров ресивера

Ресивер служит для сглаживания пульсаций давления при подаче рабочего тела из бака и стабилизации параметров газа в магистрали.

Из бака газообразное рабочее тело поступает в ресивер. Перед ресивером стоит электроклапан, который при открытии открывает доступ газу в ресивер. Электроклапан открывается в том случае, когда давление газа в ресивере упало ниже установленного значения и открывает доступ газу. Как только давление в ресивере достигнет требуемой величины, электроклапан закрывается. Давление в ресивере устанавливается всегда таким, чтобы оно было всегда выше давления в движителе. Величина Pрес min задается системой управления для обеспечения расхода рабочего тела с заданной точностью. Система управления задает работу СХПРТ таким образом, чтобы ΔМрес/Мрес<< 1. При постоянном расходе рабочего тела давление в системе все время меняется.

При работе движителя, как правило, необходимо выполнение условия m•эд=const.

Масса рабочего тела в ресивере:

.                                            (6.10)

При m•эд=const получаем:

                                 (6.11)

Время цикла tцикла определяется следующим образом. Из технического задания известно общее время работы движительной установки. Электроклапан перед ресивером имеет гарантированное изготовителем число включений и выключений nвкл, которое, как правило, равно 10000. Учитывая это, получим:

                                                  (6.12)

Тогда определим величину ∆Мрес:

                                        (6.13)

Выработка из ресивера рабочего тела α за один цикл составляет:

                                                         (6.14)

Как показывают экспериментальные исследования величина α, как правило, не должна превышать 3%. Примем максимальное значение α=0,03.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11