Дипломная работа на тему: Структура зоны горения смесевого твердого топлива. Анализ и выбор метода исследования

Введение

Ракетные двигатели на твердом топливе широко используются в составе современных образцов ракетно-космической техники, с этим связано разработка новых компонентов топлива, отвечающих таким требованиям как экологичность, экономичность, энергоемкость.

Двигатели на твердом топливе относятся к сложным техническим системам и характеризуются не только многообразием конструктивных решении и используемых материалов, но и разнообразием сложных внутренних процессов. Одним из важнейших процессов является горение топлива в камере сгорания, так как он определяет газоприход в двигателе и, следовательно, его расход и развиваемую тягу. Важнейшими характеристиками горения топлива является температура и скорость его горения. Она оказывает существенное влияние на выбор материалов камеры сгорания, теплозащитных покрытий, КПД двигателей и др.

В данной работе будет выбран и рассмотрен метод определения параметров температурного поля.

Существуют контактные и бесконтактные методы определения температурного поля. Контактные методы, одним из примеров которых являются термопары, не дают измерять высокие температуры, а также имеют большую погрешность. В процессе измерения часть тепла идет на нагрев самой термопары. В результате этого измеренная температура отличается от температуры исследуемой среды.

В данной работе для определения температурного поля будут рассматриваться бесконтактные методы, связанные с собственным излучением объекта. К ним относятся яркостная, цветовая и радиационная пирометрии.

Методика предусматривает измерение монохроматического излучения с длиной волны λ.

Из условия равенства спектральных яркостей излучения пламени и абсолютно черного тела следует:

- = ln , где:

Т - истинная температура пламени,

Т - измеряемая в опыте "яркостная" температура.

Допущение о равенстве истинной температуры и яркостной, имеет существенную методическую ошибку ("яркостная" температура всегда ниже истинной), связанную с отсутствием учета степени черноты продуктов сгорания, определение которой является задачей дополнительного исследования.

Проводя измерения в двух длинах волн и основываясь на отношении спектральных яркостей, можно получить:

- = , где:

Тц - "цветовая" температура.

Преимущество цветовой пирометрии состоит в том, что цветовая температура для серого излучателя независимо от значения излучательной способности равна его действительной температуре.

Для определения цветовой температуры можно воспользоваться снимками пламени, сделанными с помощью цифровой видеокамеры или фотокамеры. Так как цвет пикселя на цифровой фотографии состоит из трёх основных цветов: красного, зелёного, синего, то на снимке с помощью программных средств можно в любой точке определить яркость для двух длин волн и найти значение температуры.

Второй принципиальной особенностью разработанного метода является преобразование фотоизображения в символьный массив, которое может быть осуществлено с помощью одной из версий пакета Matlab. Разработанное математическое сопровождение позволяет получать за считанные минуты двумерный массив температур по всему полю пламени, обрабатывать его, строя необходимые графические зависимости, определяя статистические характеристики и т.п.

Скорость горения твердого ракетного топлива в данной работе будет измеряться методом перегорающих реперов, это достаточно простой, но эффективный метод. Для его реализации в образец твердого ракетного топлива заделываются тонкие (толщиной 0,1 - 0,2 мм) медные или нихромовые проволочки - репера. Каждый из реперов включен в свою электрическую цепь, питаемую напряжением 12 В. При подходе фронта горения репера поочередно перегорают, что фиксируется на устройстве регистрации. Если одновременно фиксировать время, то нетрудно определить интервалы между моментами перегорания реперов Δt. Знание точного расстояния между реперами h, которое измеряется в процессе изготовления образца, дает возможность расчета скорости горения:

т = h/Δt

Опытное определение поля температур продуктов сгорания твердого ракетного топлива проводилось в установке постоянного давления (УПД) традиционного исполнения.

Необходимый уровень давления создавался выбором соотношения давления азота на входе в УПД и диаметром дроссельной шайбы. Установка имеет два кварцевых окна - для визуализации объекта и для подсветки пламени, необходимой по условиям эксперимента.

Оглавление

- Введение

- Структура зоны горения смесевого твердого топлива

- Анализ и выбор метода исследования

- Методы создания условий эксперимента

- Методы экспериментального исследования

- Анализ и выбор метода измерения температурного поля

- Радиационная пирометрия

- Яркостная пирометрия

- Цветовая пирометрия

- Методика проведения эксперимента

- Выбор фотоаппарата

- Выбор камеры скоростной видеосъемки

- Расчет ожидаемой погрешности

- Анализ и выбор метода измерения скорости стационарного горения

- Метод перегорающих проволочек

- Метод термопарных реперов

- Теневой оптический метод

- Ультразвуковой метод

- Выбор метода измерения скорости горения образца топлива

- Анализ и выбор метода измерения давления

- Проектирование экспериментальной установки

- Стенд для измерения температурного поля продуктов сгорания твердого ракетного топлива

- Аналогово-цифровой преобразователь

- Обработка и анализ экспериментальных данных

- Методика обработки экспериментальных данных

- Результаты экспериментального исследования температурного поля зоны горения твердого топлива Приложения