Турбопоршневые, турбореактивные, ракетные, реактивные двигатели

Учебное пособие составлено в соответствии с программой подготовки студентов по специальности «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей». В данном учебном пособии содержатся основные материалы по изучению топливной системы современного турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой, предусмотренные учебными планами соответствующих образовательных программ направления 24.03.04 – Авиастроение (бакалавры), техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей 3, 4 курсов бакалавриата 25.03.01 и магистратуры 25.04.01 – Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей, реализуемых в Новосибирском государственном техническом университете.

В книге представлен один из первых технических обзоров беспилотных транспортных средств (БТС), адресованных широкой аудитории компьютерных специалистов и инженеров, а также студентов технических вузов и всех, кто сталкивается с БТС на практике. Авторы делятся практическим опытом разработки БТС – начиная с алгоритмов локализации, восприятия, планирования и контроля и заканчивая глубоким обучением моделей. Рассматриваются последние достижения в области управления БТС, а также практические примеры из реальной жизни, что позволит читателям эффективно применять полученные знания в коммерческих проектах. В разделе «Преподавание и обучение» множество полезной информации, которая поможет использовать книгу как часть программы учебных курсов.

Героиня манги Аска Сорано решает начать карьеру в новой перспективной области – научиться управлять дронами. Но от идеи до ее воплощения предстоит пройти долгий путь! Использование беспилотных летательных аппаратов наряду с большими возможностями таит в себе серьезные вызовы. Оно предусматривает не только знание технической стороны дела и соблюдение правил безопасности, но и изучение требований законодательства, связанного с запуском радиоуправляемых устройств. Под руководством Тэмма Харуми, директора агентства по подготовке специалистов для работы с дронами, Аска освоит азы управления этими непростыми в обращении аппаратами и положит начало собственному бизнесу.

Приведены базовые сведения о космических аппаратах, их устройстве, изложены технические требования к их конструкции. Рассмотрены вопросы целевого использования космических аппаратов и условия их работы. Изложены основы механики космического полета. Приведена классификация двигательных установок космических аппаратов.

Приведены методические указания к курсовому проектированию и рекомендации по методике определения основных параметров и характеристик жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) на основе результатов термодинамического расчета: условно-оптимального соотношения компонентов, удельного импульса, расхода топлива и размеров камеры сгорания и сопла с приближенно оптимальным профилем, полных расходных и высотных характеристик камеры. Проектирование представлено в качестве прикладного научного исследования на этапе определения возможности выполнения технического задания на разработку ЖРД как наукоемкого изделия.

Изложены основы проектирования двигателей с замкнутым дрейфом электронов и вынесенной зоной ускорения. Рассмотрены физические процессы, определяющие эффективность электроракетных двигателей. Дана оценка расхода рабочего вещества и напряжения разряда в двигателе. Приведены подробные рекомендации, алгоритмы и примеры расчета конструкционных параметров двигателей такого типа.

Приведены двадцать пять схем для выполнения домашней работы при изучении дисциплин «Инженерный анализ технологических машин и комплексов» и «Компьютерные технологии в химическом и нефтегазовом машиностроении, компрессорной и низкотемпературной технике».

Изложены основы технологии изготовления ракетно-прямоточных двигателей на твердом топливе (РПДТ). Приведена классификация характеристик режимов работы отдельных агрегатов и РПДТ в целом, а также действующих на них силовых и тепловых нагрузок, обусловливающих выбор функциональных конструкционных материалов. Представлены данные о физико-механических и теплофизических свойствах металлических и композиционных конструкционных материалов, используемых при изготовлении элементов конструкции РПДТ. Рассмотрены основные технологические процессы и операции формообразования деталей, в том числе инновационные, и показаны примеры внедрения в конструирование и технологию изготовления РПДТ систем автоматизированного проектирования. В учебном пособии использованы материалы научно-исследовательских работ, выполняемых в МГТУ им. Н.Э. Баумана, МАИ, ИПХФ РАН, а также данные зарубежных научных периодических изданий.

Приведены указания к выполнению лабораторной работы, посвященной экспериментальному изучению дроссельной характеристики ракетного двигателя на примере стендового лабораторного жидкостного ракетного двигателя. Дано описание физической модели рабочего процесса в камере сгорания и процесса моделирования производственных условий испытания ракетного двигателя в части физических факторов, включая потенциально опасные. Рассмотрены расчетно-информационная среда и социально-технологические отношения в области будущей профессиональной деятельности студентов. Издание ориентировано на образовательные технологии с блочно-модульным структурированием учебного материала и рейтинговой оценкой успеваемости.

Приведены методические указания к выполнению лабораторной работы, посвященной огневым испытаниям стендового лабораторного жидкостного ракетного двигателя при различном соотношении компонентов топлива. В работе моделируются производственные условия испытания ракетного двигателя в части физических факторов, включая потенциально опасные, а также расчетно-информационная среда и социально-технологические отношения из области будущей профессиональной деятельности студента. Методические указания ориентированы на образовательные технологии с блочно-модульным структурированием учебного материала и рейтинговой оценкой успеваемости.

Изложены основы проектирования жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Даются основные положения теории, методы расчета и описание узлов и агрегатов двигательных установок с ЖРД. Рассмотрены процессы расширения газов в соплах, смесеобразования и теплообмена, а также методы профилирования сопел, расчета форсунок, определения форм и объема камеры сгорания. Приведены системы подачи с турбонасосными агрегатами и вытеснительные системы подачи с газовым, пороховым и жидкостным аккумуляторами давления. Изложены методики и примеры расчетов элементов конструкции и ЖРД в целом. Третье издание учебника (2016 г.) было дополнено параметрами, элементами конструкций и пневмогидравлическими схемами отечественных и зарубежных ЖРД конца XX в. В четвертом издании исправлены опечатки и приведены параметры разработанных после выхода в свет третьего издания ЖРД. Соответствует курсам лекций, читаемых в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Рассмотрены вопросы курсового проектирования тормозных ракетных двигателей, предназначенных для отделения головной части ракеты, а также для разделения ступеней двухступенчатой баллистической ракеты с жидкостным ракетным двигателем. Определены оптимальные геометрические размеры двигателей, их масса, газодинамические параметры потока, тепловые режимы и теплозащита ракетных двигателей. Приведены расчеты на прочность камеры сгорания ракетного двигателя, соплового тракта, болтовых соединений.

В учебном пособии представлены в краткой форме, с иллюстрациями основные сведения о конструкции и работе жидкостных ракетных двигателей. Приведены расчетные схемы, необходимые формулы и методики для проектирования, числовые примеры расчетов, а также материал справочного характера.

Изложены основы теории, расчета и проектирования пневмогидравлических систем (ПГС) и агрегатов автоматики жидкостных ракетных двигательных установок (ЖРДУ). Рассмотрены основные принципы построения систем управления и расстановки агрегатов управления ЖРДУ. Уделено внимание описанию гидродинамики внутрибаковых процессов, вопросам выбора основных параметров ПГС. Описаны основные методы контроля герметичности ПГС.

В методических указаниях рассмотрены основные вопросы, связанные с выполнением домашнего задания по теме «Устойчивость линейных систем автоматического управления» (курс «Управление техническими системами»).

Представлены основополагающие термины и понятия, использующиеся в научно-технической документации, научно-технической и учебной литературе, посвященной созданию и эксплуатации ракетных двигателей. Для студентов, обучающихся по специальности «Проектирование авиационных и ракетных двигателей», а также по направлению подготовки бакалавров и магистров «Авиационная и ракетно-космическая техника». Рекомендуется преподавателям указанных специальностей и преподавателям кафедры «Русский язык» МГТУ им. Н.Э. Баумана, работающим с иностранными студентами, изучающими ракетную технику. Также может быть полезным для инженеров и специалистов, занимающихся ракетным двигателестроением.

Даны методические указания к выполнению лабораторных работ по твердотельному моделированию камеры ракетного двигателя с применением системы автоматизированного проектирования CATIA V5, которые могут быть полезными при использовании системы CATIA V5 в курсовом и дипломном проектировании.

В первой части учебного пособия изложена общая характеристика, представлены классификация и конструкции воспламенительных устройств РДТТ, применяемых в настоящее время в образцах тактических и оперативно-тактических ракет, а также расчетные зависимости для их проектирования.

Во второй части учебного пособия дано описание устройства, изложены принцип действия и элементарная теория воздухозаборных устройств прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД), приведены расчетные зависимости для их проектирования, а также указаны свойства и характеристики материалов, применяемых для их изготовления в настоящее время.

Представлены аппроксимирующие зависимости для расходного комплекса и показателя процесса расширения продуктов сгорания ряда твердых и гибридных топлив. В виде таблиц приведены результаты расчетов коэффициента тяги в пустоте и геометрической степени расширения сопла. Полученные данные позволяют оперативно определять основные параметры и характеристики ракетного двигателя для различных вариантов задания на проектирование ракетного двигателя.

Рассмотрена методика расчета настроечных параметров стендовой установки и обработки результатов огневых стендовых испытаний по определению характеристик модельной камеры сгорания гидрореактивной установки. Освещены вопросы,связанные с особенностями гидрореактивных двигателей, а также рабочих процессов в их камере сгорания. Приведены методики проведения огневых стендовых испытаний, определения критического сечения сопла и настройки гидравлических характеристик магистралей с использованием ПЭВМ.

Приведены две лабораторные работы, посвященные расчету характеристик рабочего процесса в камере ракетного двигателя на газообразных компонентах топлива (РДМТ) с использованием пакета Fortran Power Station, а также экспериментальному определению эффективности рабочего процесса в камере РДМТ на газообразных компонентах кислород + метан. Дано описание экспериментального стенда. Изложены методика проведения огневых стендовых испытаний РДМТ на газообразных компонентах топлива и методика обработки результатов таких испытаний. Представлен пример проведения сравнительного анализа результатов огневых стендовых испытаний с результатами численного моделирования рабочих процессов в камере РДМТ.

Представлены аппроксимирующие зависимости для расходного комплекса ряда жидких топлив и показателя процесса расширения продуктов сгорания в сопле. В виде таблиц приведены результаты расчетов коэффициента тяги в пустоте и геометрической степени расширения сопла. Полученные данные позволяют оперативно определять основные параметры и характеристики ракетного двигателя (удельный импульс двигателя, расход топлива, размеры камеры ЖРД) для различных вариантов задания на проектирование ракетного двигателя.

Рассмотрены методики организации и собственно курсового проектирования: порядок выполнения проекта, методики расчетов расходов компонентов топлива для камеры с внутренним охлаждением, термодинамического расчета восстановительных и окислительных двухзонных газогенераторов; даны рекомендации по профилированию контура сопла по линии тока и выбору методик расчета смесительной головки и охлаждения камеры жидкостного ракетного двигателя. Приведены состав и структура курсового проекта с примерами оглавления пояснительной записки и компоновки графической части.

В первой части учебного пособия изложены устройство, принцип действия, элементарная теория прямоточного воздушно-реактивного двигателя, даны расчетные зависимости для его проектирования.

Рассмотрены расчетные и экспериментальные методы определения характеристик турбины, работающей на однофазном или двухфазном рабочем теле, лабораторный стенд и рабочий участок для испытаний турбины. Приведены описания программного комплекса и методики регистрации и обработки результатов экспериментов на ЭВМ.

Рассмотрены расчетные и экспериментальные методы определения характеристик турбины, работающей на однофазном или двухфазном рабочем теле, лабораторный стенд и рабочий участок для испытаний турбины. Приведены описания программного комплекса и методики регистрации и обработки результатов экспериментов на ЭВМ.

Рассмотрены типовые технологические процессы изготовления основных деталей камер сгорания жидкостных ракетных двигателей и смесительных головок, а также типовые процессы сборки под пайку. Даны рекомендации по пайке изделий в печах.

В пособии рассмотрены основные понятия теории автоматического управления и регулирования, устройства, параметры, статические и динамические характеристики основных элементов электроавтоматики и электропривода, схемы, методика построения и основные методы коррекции и исследования электропривода при типовых воздействиях. В пособии изложены вопросы динамических возможностей и связь частотных характеристик с предельными амплитудами колебаний выходного вала, представлены основные положения теории релейных и цифровых систем, а также перспективные направления развития систем электроприводов с микропроцессорным управлением. Учебное пособие представляет практический интерес для студентов, аспирантов и научных работников неэлектромеханических специальностей, где требуются обобщенные знания и представления о приводных системах.

Изложены методы исследования динамических процессов в гидро – и пневмосистемах ЛА, представленных в сосредоточенных и распределенных параметрах: методы передаточных и частотных функций; импедансный метод, метод характеристик. Показаны пути дальнейшего совершенствования систем применением элементов дискретной автоматики. Представлено оборудование и измерительно-обрабатывающий комплекс датчиков и аппаратуры для экспериментальных исследований агрегатов пневматических систем.

Учебное пособие предназначено для лекций, практических занятий и лабораторных работ при изучении курса «Конструирование основных узлов и систем авиационных двигателей» студентов факультета двигателей летательных аппаратов, обучающихся по магистерской программе «Интегрированные информационные технологии в авиадвигателестроении».

Изложены основные сведения о колебаниях, методах расчета и пакетах прикладных программ для оценки динамического состояния роторов двигателей. Приведены методики расчетного и экспериментального определения собственных частот и форм крутильных колебаний для системы эквивалентного ротора (вала). В состав пособия включены методические рекомендации для проведения лабораторных исследований крутильных колебаний валов с использованием расчетов различных уровней.

В учебном пособии проектный расчет одноступенчатых и двухступенчатых автономных осевых турбин ТНА ЖРД рассматривается в рамках проведения сквозного курсового проектирования ЖРД и его основных узлов, включая ТНА. На базе полученных результатов термодинамического расчета и проектирования ЖРД студент самостоятельно формирует исходные данные для проектирования ТНА и его агрегатов, в том числе и для турбины. Расчет турбины ведется с учетом достижения максимальной эффективности ее использования в ТНА: достижения высокого КПД турбины при минимальных ее габаритах и массе. В пособии рассмотрены вопросы профилирования элементов проточной части одноступенчатых и двухступенчатых автономных осевых турбин.

Курс лекций предназначен для студентов, обучающихся по специальности: 160301 «Авиационные двигатели и энергетические установки», изучающих курс: «Сборка АД и ЭУ», и в рамках магистерской программы «Энергетика, экология и двигательные установки ракетных и космических систем» по направлению 160700.68 «Двигатели летательных аппаратов».

Рассмотрены основы теории, расчета и проектирования воздушно-реактивных двигателей. Представлены основные теоретические положения по газотурбинному двигателю как тепловой машине и как движителю. Рассмотрены вопросы эффективности рабочих процессов, условия совместной работы узлов и характеристики ГТД. Уделено внимание современным методам проектирования авиационных ГТД.

Изложена методика расчёта и проектирования смесеобразования в камере жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). Приведены основные сведения, позволяющие выбрать тип, форму и конструктивную схему смесительной головки камеры, тип форсунок и элементарных смесителей, а также схему их расположения на смесительной головке. Представлены общие сведения об устройстве и принципах работы различных форсунок ЖРД, приведены их математические модели и алгоритмы проектирования. Даны рекомендации по выбору основных режимных и конструктивных параметров. Инновационным является проведение поверочного расчета и машинного эксперимента по параметрическому исследованию спроектированной форсунки в модернизированной САПР «Смесеобразование в ЖРД».

Изложена методика расчёта и проектирования смесеобразования в камере жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). Приведены основные сведения, позволяющие выбрать тип, форму и конструктивную схему смесительной головки камеры, тип форсунок и элементарных смесителей, а также схему их расположения на смесительной головке. Представлены общие сведения об устройстве и принципах работы различных форсунок ЖРД, приведены их математические модели и алгоритмы проектирования. Даны рекомендации по выбору основных режимных и конструктивных параметров. Инновационным является проведение поверочного расчёта и машинного эксперимента по параметрическому исследованию спроектированной форсунки в САПР «Смесеобразование в ЖРД». Пособие снабжено необходимыми иллюстративными и справочными материалами.

Приведены общие сведения о ЖРДМТ и дана их классификация. Рассмотрены отличительные особенности конструкции, организации рабочего процесса, режимов работы и характеристик. Систематизирован опыт экспериментального определения характеристик ЖРДМТ в непрерывных и импульсных режимах. Рассмотрены стенды для их испытаний, методы и средства проведения испытаний, измерения параметров рабочего процесса, ручной и автоматизированной обработки результатов испытаний.

Конспективно изложены теория, современные методы расчёта и проектирования различных типов химических ракетных двигателей. Рассмотрено устройство и принцип работы различных типов РД. Представлен термодинамический расчет процессов горения и течения в камере РД. Проанализировано влияние основных факторов на термодинамические характеристики идеального ракетного двигателя. Рассмотрены термодинамические и газодинамические процессы в камере сгорания и сопле реального ракетного двигателя. Пособие снабжено необходимыми иллюстративными и справочными материалами.

В учебном пособии рассмотрены теоретические основы точности в авиационном двигателестроении. Представлена теория сложных размерных связей в изделиях и технологических процессах. Рассмотрены методы достижения точности при изготовлении заготовок. Приведены и проанализированы технологические схемы точности при обработке различных поверхностей заготовок. В учебном пособии приведен алгоритм решения сложных пространственных цепей. Дана лабораторная работа по анализу размерных связей при изготовлении трубопроводов. Эта работа направлена на освоение курса «Технология производства двигателей летательных аппаратов». Изучение данного пособия способствует изучению основных разделов курса: теоретические основы технологических процессов; обработка сложных поверхностей; технология изготовления деталей ГТД. В учебном пособии изложены элементы расчётов основных параметров технологических процессов и отдельных операций.

Приведены схемы систем автоматического регулирования авиационных двигателей и описаны принципы их действия. Изложены требования к качеству переходных процессов в системах регулирования двигателей. Даны сведения по законам и программам регулирования ТРД, ТРДД, ТРДДФ и ТВД. Изложен вывод уравнений математической модели, входящих в состав САР агрегатов. Дана методика выбора параметров агрегатов, при которых обеспечивается устойчивость систем и показатели качества регулирования. Особое внимание уделено электронным цифровым САР двигателей.

Приведены пневмогидравлические схемы жидкостных ракетных двигательных установок ракетных и космических систем и описаны принципы их действия. Изложены требования к качеству переходных процессов в системах регулирования двигателей. Даны сведения по системе наддува, управления и регулирования, а также изложен вывод уравнений математической модели входящих в их состав агрегатов. Дана методика выбора параметров агрегатов, при которых обеспечивается устойчивость систем и показатели качества регулирования. Особое внимание уделено низкочастотной динамической модели двигателя, дан вывод уравнений камеры сгорания, форсуночной головки, газовода, ротора турбонасосного агрегата. Рассмотрен механизм потери продольной устойчивости ракеты и мероприятия по ее обеспечению. Описаны системы топливопитания и регулирования двигательных установок космических аппаратов.

В предлагаемом курсе лекций изложены основы технологического процесса ремонта и восстановления работоспособности основных деталей и узлов авиационных двигателей и летательных аппаратов на серийном заводе и ремонтном предприятии.

В учебном пособии изложены вопросы проектирования пневмогидравлических систем, конструирования агрегатов и компоновки жидкостных ракетных двигательных установок. Рассматриваются также особенности конструирования основных узлов РДТТ.

В учебном пособии приведен порядок выполнения и требования к курсовому проекту по дисциплине "Конструирование основных узлов и систем ракетных двигателей". Конструирование камеры ЖРД предлагается выполнять с использованием пакетов 3D и ANSYS. Приведен список возможных тем (спецтем), предлагаемых для самостоятельной глубокой проработки элементов двигателя.

В учебном пособии приведены методические материалы по дисциплине "Конструирование основных узлов и систем двигательных установок", необходимые при выполнении курсового проекта. Рассмотрены вопросы разработки пневмогидравлической схемы двигателя и конструирования камеры.

В учебном пособии изложены вопросы проектирования пневмогидравлических систем, конструирования агрегатов и компоновки жидкостных ракетных двигательных установок. Рассматриваются также особенности конструирования основных узлов РДТТ.

В учебном пособии изложены вопросы проектирования пневмогидравлических систем, конструирования агрегатов и компоновки жидкостных ракетных двигательных установок. Рассматриваются также особенности конструирования основных узлов РДТТ.

В учебном пособии представлена лабораторная работа по изучению и анализу ЖРД НК-33. В зависимости от глубины изучения и использования материала этой работы в курсовом и дипломном проектировании предлагается три уровня изучения. Второй и третий уровень предполагает выполнение проектных заданий.

Рассмотрены актуальные вопросы теории процессов, происходящих в твердотопливных ракетных двигателях, в применении к курсу «Основы проектирования двигателей». После каждого раздела теории даны задания для самостоятельной работы студентов. Приведены также сведения по истории создания и использованию жидкостных ракетных двигателей.