专用程序

本模块集发动机设计及分析之大成,将工程中常用的主要功能编制成Java程序,设计人员可以在手机上和联网的电脑上方便地使用这些程序。计算结果多为理论值,考虑工程实际,需要修正。(可以收藏该网址:http://www.srmcad.com/?page_id=4457)




发动机常用计算工具

气动-参数计算

壳体爆破压强计算

大气参数计算

金属壳体强度计算及稳定性验算

上法兰计算

下法兰计算

内螺纹强度计算

外螺纹强度计算

密封结构设计



发动机常用参数计算

固体火箭发动机设计经常涉及到内弹道性能计算,如推力、比冲等。另一方面,已知内弹道性能要求,计算对发动机燃面、喷喉参数、压强比和面积比等的计算。本模块计算是某状态参数。高级功能可参照SrmStudio。

单位制转换

推进剂参数

燃速系数a(m/s):

压力指数n:

密度rho(kg/m^3):

特征速度C*(m/s):

燃气温度Tg(K):(m/s)

燃气比热比k:(m/s)

喷管参数

喉部半径Rt(mm):

装药参数

装药燃烧面积(m^2):

燃烧室参数

燃烧室压强(MPa):

计算用到上述所有参数(Rt和Ab作为输入参数)

计算用到上述所有参数(Rt和Pc作为输入参数)

计算用到上述所有参数(Pc和Ab作为输入参数)

计算只用C*、Pc、Mr

质量流率Mr(kg/s):



计算只用发动机工作高度H

工作高度H(m):

环境压强Pa(MPa):



计算用到Pc,epsA,k

喷管面积膨胀比epsA:

喷管出口压强Pe(MPa):



计算用到C*,H,epsA,k

喷管推力系数Cf:

喷管比冲Isp(m/s):



计算用到C*,Ha,epsA,Rt,k

发动机推力F(kN):



计算只用a、Pc、n

燃速rb(mm/s):




气动参数计算

气动参数计算一般用于计算外流场λ及M对气动参数的影响,也可用于计算喷管一位流动参数变化,并用于手工规划气体流道型面。复杂几何形状及流动状态,可用FLUENT、CFX等软件计算。

气体比热比k:

气流速度系数λ:


τ(λ):

ε(λ):

π(λ):

q(λ):

y(λ):

f(λ):

r(λ):

M(λ):




激波参数计算

波后速度系数(λ2):

波后波前静压比p2/p1:

总压恢复系数(σp):

气流折转角α(°):

激波马赫角β(°):



壳体爆破压强评估

爆破压强是衡量燃烧室壳体设计强度余量的重要参数,在水爆试验前需要进行预估。本程序采用第一强度理论(最保守)、第四强度理论(较保守)和塑性变形理论,分别进行预估。根据所选材料的性能和壳体的其它要求,选择使用响应的结果。

壳体尺寸及材料数据

壳体半径Rc:

壳体实际壁厚h(mm):

筒段长度Lc(mm):

极限强度σb(MPa):

材料修正经验系数β:

焊缝系数Φ:

爆破压强Pbucd(MPa)





喷管喉部半径Rt(mm):

材料屈服于强度σs(MPa):

材料弹性模量E(MPa):

材料泊松比μ(MPa):

封头椭球比(MPa):



大气参数计算

大气参数计算涉及给定高度下大气和重力参数。空空弹的巡航高度约为10km,临近空间约为20~100km,战略导弹飞行高度一般在100km以上,空间站高度在200~330公里的高度,马斯克星链约在550km高度。近地轨道LEO:400-2000公里;中地球轨道MEO:2000-36000,GPS、GLONASS都属于此类轨道。地球同步转移轨道GTO:指近地点在1000公里以下、远地点为地球同步轨道高度(约36000公里)的椭圆轨道;在火箭性能方面,常以地球同步转移轨道承载能力作为指标。静止轨道GEO:35900。

大气参数计算

大气参数

高度(m):


大气压力Pa(Pa):

大气温度Ta(K):

大气密度(kg/m^3):

重力加速度G(kg/s):

音速a:(m/s)





金属壳体壁厚计算及稳定性验算

圆筒在轴向压力作用下,失稳是伴随清脆的响声而发生的。在圆筒中段沿环向出现菱形的凹陷,沿母线形成几排凹陷带。当轴压卸载后,圆筒又恢复原状,这就是弹性失稳。金属薄壁圆筒的弹性失稳,卸载后并不影响其强度。多数圆筒所发生的这种弹性失稳模态都是非轴对称的,只有对短圆铜材才可能发生对称失稳模态——沿母线生成若干排环向凹陷。


壳体尺寸及材料数据

燃烧室压强Pc(MPa):

壳体半径Rc:

极限强度σb(MPa):

材料修正经验系数β:

焊缝系数Φ:

安全系数k:

计算壳体壁厚δc(mm)



封头椭球比(MPa):

封头壁厚δm(mm):


筒段长度Lc(mm):

材料弹性模量E(MPa):

材料泊松比μ(MPa):

径向变形ΔR(mm):

轴向变形ΔL(mm):


轴压稳定性

试验修正系数kex对于超短筒可取2~3,其它由公式算出:

临界轴向力Tcr(kN):


外压稳定性

试验修正系数kw1对于超短筒可取2~3,其它由公式算出:

一般地,当 kw1=0.605,适用于全面受外压;当 kw1=1.31,适用于侧面受外压。

对于超短圆通,当 kw=1.8,用于全面受外压;当 kw=3.6,用于侧面受外压

临界外压Pcr(MPa):


横剪稳定性

试验修正系数kex可按下列数据,参考取值:

壳体半径/壁厚(kex) 250(0.8), 500(0.7), 1000(0.6) , 1500(0.5)

横剪力Qcr(kN):




上法兰强度校核

上法兰参数

最大压强Pmax(MPa):

螺孔数量n:

许用应力σs(MPa):

接头高度H(mm):

接头宽度B(mm):

壁厚b1:(mm)

危险截面直径Dfpc(mm):

螺栓圆直径Dl(mm):

密封面平均直径Dz(mm):

密封圈相当宽度b(mm):

密封圈系数m(mm):


计算结果

螺栓总拉力Q(kN):

弯曲应力σw(MPa):

安全系数fk





下法兰强度校核

下法兰参数

最大压强Pmax(MPa):

螺孔数量n:

许用应力σs(MPa):

接头高度h1(mm):

接头高度h2(mm):

接头高度h3(mm):

接头宽度B(mm):

壁厚b1:(mm)

螺孔直径D(mm):

螺栓圆直径Dl(mm):

密封面平均直径Dz(mm):

密封圈相当宽度b(mm):

密封圈系数m(mm):


计算结果

螺栓总拉力Q(kN):

弯曲应力σw(MPa):

安全系数fk



内螺纹强度校核

内螺纹参数

螺纹受到的最大拉力Q(kN):

材料许用应力σs(MPa):

螺纹外径d(mm):

螺纹内径d1(mm):

螺距t(mm):

螺纹长度l(mm):

螺纹受力圈数z:

与螺纹形状有关的系数β:

计算结果

螺纹弯曲应力σw(MPa):

螺纹拉应力σJ(MPa):

螺纹剪切应力σT(MPa):

弯曲应力安全系数fkW:

拉压应力安全系数fkJ:

剪切应力安全系数fkT:





外螺纹强度校核

外螺纹参数

螺纹受到的最大拉力Q(kN):

材料许用应力σs(MPa):

螺最小断面直径d1(mm):

螺纹内径d0(mm):

螺距t(mm):

螺纹长度l(mm):

螺纹受力圈数z:

螺柱个数n:

计算结果

螺纹弯曲应力σw(MPa):

螺纹拉应力σJ(MPa):

螺柱等效应力σs(MPa):

弯曲应力安全系数fkW:

拉压应力安全系数fkJ:

等效应力安全系数fkT:

螺柱断面应力σ(MPa):



密封结构设计

密封圈设计任务:确定O形密封圈尺寸参数、相对压缩量和受拉伸时绳径的变化;给出矩形截面密封槽的深度、宽度。

1 .O形密封圈尺寸参数确定

称O形密封结构的内径D为圈径、密封圈横向截面直径dm为绳径。

圈径D的确定

圈径D由密封槽的位置而定,一般取D等于或小于密封槽的内侧直径

绳径dm的确定

绳径dm与圈径D有关,一般原则为D越大,dm也越大。较大的dm有利于密封可靠性(可防止密封圈被挤出槽外),但考虑到接头的尺寸限制,dm也不能太大。根据实践经验,推荐用下式确定绳径(单位为mm):

\({d}_{m}={k}_{m}D+{d}_{0m}\)

对端面密封,可取km和d0m分别为0.005和3mm;对侧面密封,可取km和D0m分别为0.004和2mm。上式适用范围为D≥50mm。

O形密封圈的相对压缩量

在内压作用下,O形密封圈具有良好的自紧密封性能。理论上只要相对压缩量εm >0,即能保证密封。太大的预先压缩对密封圈的贮存性能不利。O形密封圈的相对压缩量εm由下式确定

\({\varepsilon}_m=\frac{{\Delta}{d}}{{d}_{m}}\)

Δd为O形密封圈的绝对压缩量。

密封结构设计时,εm 要预先给定。实践表明,对端面密封取εm =0.20~0.30、侧面密封取εm =0.15~0.20似已足够。

O形密封圈受拉伸时的绳径变化

对端面梯形密封槽结构,O形密封圈要套在喷管固定体或者堵盖上。为了使O形密封圈与这些连接件之间有一定的预紧力,固定体或堵盖与 O 形密封圈接触处的直径应大于圈径D,一般为D+ΔD。这样一来,O形密封圈将受到拉伸、绳径将减小。绳径dm的减小量δdm 由下式确定:

\({\delta}{d}_{m}=\frac{{\nu}{\Delta}{D}}{D}{d}_{m}\)

式中ν为O形密封圈材料的泊松比。

已知数据

密封圈径D(mm):

系数km:

基础直径d0m(mm):

相对压缩量εm:

绝对压缩量Δd(mm):

O形圈材料泊松比ν:

O形圈径增大量ΔD(mm):


O形密封圈设计

密封圈绳径dm(mm):

O形圈绳径的缩小量δdm(m):


2 O 形矩形密封槽结构尺寸确定

采用 O 形密封圈时,密封槽一般为矩形截面槽或梯形截面槽。确定密封槽尺寸的原则是:一要确保相对压缩量,二要使O形密封圈不被挤压坏。

设矩形截面密封槽的深度为H、宽度为B,为确保O 形密封圈的相对压缩量为εm ,则槽深为

\(H=(1-{\epsilon}_{m}){d}_{m}\)

适用于平底法兰堵盖。如果法兰设有压入槽内的凸台,那么槽深应根据凸台的高度而适当增加以保证相对压缩量为εm 即可。

槽宽B的确定有两种方法:

  • 设矩形槽横截面积与O形密封圈横截面积之比为ζ,则有、\(BH=\frac{1}{4}\pi \varsigma d_{m}^{2}\),由此得槽宽为

一般取ζ≥1.1,即可确保O形密封圈不被挤压坏。

  • 由于O形密封圈受压缩后,其横截面宽度为

\(B=\left( \frac{1}{1-{\varepsilon}_{m}}{d}_{m} \right)\);

适用范围为0.1≤εm ≤0.4。显然,槽宽选为O形密封圈受压缩后的横截面宽度,O形密封圈肯定不会被挤压坏。

槽的横截面积与绳的横截面积之比ζ:

槽的深度H(mm):

槽的宽度B(mm):




3 梯形截面密封槽确定

梯形截面密封槽的宽度B与O形密封槽一致。当O形密封圈圈径与梯形槽内侧直径相等时,在保证相对压缩量为εm 的条件下,从加工工艺考虑,梯形槽的外侧深度H1是可测量的,故应首先确定。当挤压角为αm 时,H1由下式确定

\({{H}_{1}}=\left( 1-{{\varepsilon }_{m}} \right){{d}_{m}}-\left[ B-\frac{{{d}_{m}}}{2}\left( 1+\tan \frac{{{\alpha }_{m}}}{2} \right) \right]\tan {{\alpha }_{m}}\)

当然,如果梯形槽的B、H1、αm 和绳径dm给定,也可由该式确定相对压缩量εm

O形密封圈具有良好的自紧密封性能,挤压角不必取得过大,一般为0°≤αm ≤5°。

槽的挤压角αm:

槽的深度H1(mm):

槽的大端深度H(mm):

槽的宽度B(mm):





You cannot copy content of this page