Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины: формирование системы профессиональных знаний и практических навыков в области проектирования жидкостных ракетных двигателей.
Задачи дисциплины:
- представление обучающимся сведений, являющихся базовыми при изучении дисциплин специализации;
- формирование у обучающихся представления о физической, химической и термодинамической природе протекающих в камере сгорания ракетных двигателей и газогенераторов процессов;
- выработка у обучающихся навыков определения состава и свойств рабочего тела (продуктов сгорания) ракетных двигателей на основе принципа подвижного равновесия с использованием современных средств ЭВМ;
- предоставление обучающимся сведений об энергетических, эксплуатационных, конструкционных, экономических и экологических свойствах наиболее распространённых и перспективных ракетных топлив, в том числе об их степени токсичности и влиянии на организм человека и окружающую среду.
Краткое содержание дисциплины
Вводная лекция по химической кинетике
Источники энергии и рабочие тела ракетных двигателей.
Химическая кинетика как раздел физической химии.
Теоретические методы определения скорости химической реакции.
Зависимость скорости реакции от температуры, давления и рода реагирующих веществ.
Молекулярность и порядок химических реакций реакций.
Изменение скорости и концентраций во времени химических реакций, время полураспада.
Энергия активации, её физический смысл, методы определения энергии активации и констант изотермических реакций.
Равновесие обратимых химических реакций
Константы равновесия, выраженные через концентрации и через парциальные давления.
Уравнение Вант-Гоффа и равновесие экзотермических и эндотермических реакций.
Особенности протекания цепных химических реакций.
Неизотермические химические реакции: самовоспламенение простых химических реакций температура самовоспламенения. Время индукции.
Развитие цепных реакций во времени, самовоспламенение таких реакций.
Элементы теории горения, понятие о кинетическом и диффузионном горении.
Понятие о кривой выгорания на основе одномерной модели.
Теоретическое определение нормальной скорости распространения пламени в ламинарном потоке.
Экспериментальные методы определения нормальной скорости
Распространение пламени в турбулентных потоках при различной степени турбулентности.
Особенности гомогенного диффузионного пламени. Структура диффузионного факела
Понятие о детонационном горении.
Вводная лекция по теории горения ракетных топлив
Элементный состав компонентов топлив и топлив.
Стехиометрическое соотношение компонентов
Определение стехиометрического соотношения для топливных пар разного состава
Понятие о полной энтальпии индивидуальных веществ, системы отсчёта.
Полная энтальпия смесей, растворов, компонентов топлива и топлива.
Стандартная энтальпия и приведение её к условиям входа в камеру.
Расчёт параметров продуктов сгорания (П.С.) известного состава
Система уравнений для определения равновесных температуры и состава П.С. при заданных температуре и давлении.
Алгоритм определения равновесного состава и температуры гомогенных продуктов сгорания в камере и на срезе сопла.
Методы решения системы уравнений для определения состава продуктов сгорания
Решение системы уравнений так называемым «точным» способом.
Блок-схема программы для определения парциальных давлений в камере
Блок-схема программы для определения парциальных давлений на срезе сопла.
Общая блок-схема программы термодинамического расчёта камеры.
Особенности составления системы уравнений для определения состава гетерогенных продуктов сгорания
Особенности термодинамического расчёта при α <<1.
Особенности термодинамического расчёта при α >>1 (расчёт для случая, когда окислитель – простое вещество).
Особенности термодинамического расчёта при α >>1.расчёт для случая, когда окислитель и горючее содержат азот.
Особые случаи терморасчёта: окислитель –атмосферный воздух.
Особые случаи терморасчёта: расчёт недиссоциированных или слабо диссоциированных продуктов сгорания.
Область применения системы уравнений для расчёта равновесного состава.
Выбор оптимального α в камере сгорания, в пристеночном слое, для газогенераторов двигателей открытой и замкнутой схем.
Основные и конструкционные требования, предъявляемые к ракетным топливам.
Эксплуатационные, экономические и экологические требования, предъявляемые к ракетным топливам.
Классификация ракетных топлив по составу.
Краткая характеристика кислородных окислителей.
Краткая характеристика азотосодержащих окислителей.
Краткая характеристика фторных окислителей.
Краткая характеристика хлор- и фторсодержащих окислителей.
Краткая характеристика спиртов как горючих.
Краткая характеристика аммиака и аминных горючих.
Гидразин и его производные. Краткая характеристика.
Углеводороды как ракетные горючие, краткая характеристика.
Водород, бороводороды и металлы как ракетные горючие.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
УК-8
Способен создавать и поддерживать в повседневной жизни и в профессиональной деятельности безопасные условия жизнедеятельности для сохранения природной среды, обеспечения устойчивого развития общества, в том числе при угрозе и возникновении чрезвычайных ситуаций и военных конфликтов