Nghiên cứu, tính toán thiết kế, chế tạo thiết bị tạo nguồn khí nén nhiệt độ cao để thử nghiệm máy lái PG-27 của tên lửa Kh–35E

Trong bài báo này, trên cơ sở vận dụng lý thuyết nhiệt khí động học, trình bày các kết quả nghiên cứu, tính toán thiết kế, chế tạo thiết bị tạo nguồn khí nén nhiệt độ cao trong phòng thí nghiệm để cung cấp thử nghiệm máy lái PG-27 của tên lửa Kh–35E. Các chỉ tiêu kỹ thuật nguồn khí công tác của thiết bị: áp suất, lưu lượng, nhiệt độ phù hợp với các chỉ tiêu kỹ thuật tương ứng của nguồn khí nén nhiệt độ cao trên khoang tên lửa Kh–35E.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu, tính toán thiết kế, chế tạo thiết bị tạo nguồn khí nén nhiệt độ cao để thử nghiệm máy lái PG-27 của tên lửa Kh–35E Tên lửa & Thiết bị bay NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ TẠO NGUỒN KHÍ NÉN NHIỆT ĐỘ CAO ĐỂ THỬ NGHIỆM MÁY LÁI PG-27 CỦA TÊN LỬA KH 35-E PHAN QUANG TUẤN*, LÊ THẠC TÀI*, NGUYỄN THANH BÌNH*, TĂNG XUÂN LONG**, TẠ QUỐC YÊN*** Tóm tắt: Trong bài báo này, trên cơ sở vận dụng lý thuyết nhiệt khí động học, trình bày các kết quả nghiên cứu, tính toán thiết kế, chế tạo thiết bị tạo nguồn khí nén nhiệt độ cao trong phòng thí nghiệm để cung cấp thử nghiệm máy lái PG-27 của tên lửa Kh–35E. Các chỉ tiêu kỹ thuật nguồn khí công tác của thiết bị: áp suất, lưu lượng, nhiệt độ phù hợp với các chỉ tiêu kỹ thuật tương ứng của nguồn khí nén nhiệt độ cao trên khoang tên lửa Kh–35E. Từ khóa: Máy lái PG- 27, Tên lửa Kh-35E. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Theo tài liệu hướng dẫn sử dụng phối – bộ điều khiển tên lửa Kh-35E, nguồn khí nén động lực cung cấp cho hệ thống bốn máy lái PG-27 hoạt động trong giai đoạn tên lửa bay hành trình đến mục tiêu là nguồn khí nén nhiệt độ cao trích ra từ sau máy nén khí của động cơ tuốc bin phản lực. Với các thông số kỹ thuật sau: áp suất pn  (6  8) MPa , lưu lượng Qn  (40  50) l , nhiệt độ Tn   260  350  o C .Thiết bị tạo nguồn khí nén nóng đạt yêu ph cầu thử nghiệm là thiết bị chuyên dụng không có sẵn trên thị trường cũng như trong công nghiệp. Việc tính toán lựa chọn phương án kỹ thuật tạo nguồn nhiệt và truyền nhiệt cho dòng khí lưu thông có áp suất và lưu lượng trong đường ống đảm bảo nhiệt độ các phần tử khí trong thời gian chảy từ đầu vào đến đầu ra của thiết bị gia nhiệt cấp cho máy lái, nhiệt độ khí phải được nâng lên từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ yêu cầu  260  350  o C là những nội dung nghiên cứu của bài báo này. 2. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT NGUỒN NHIỆT Với mục đích tạo nguồn khí nén nhiệt độ cao cho cho máy lái hoạt động từ nguồn khí nén công nghiệp nhiệt độ thường thì giải pháp kỹ thuật khả thi nhất là đặt đoạn đường ống dẫn khí nén từ nguồn cấp khí nhiệt độ thường đến đầu máy lái trong lò tạo nhiệt bằng năng lượng điện. Các yêu cầu của bài toán truyền nhiệt đặt ra là: - Chọn vật liệu đường ống dẫn khí vừa có hệ số truyền nhiệt cao vừa đảm bảo độ bền với áp suất làm việc pn  (6  8) MPa và nhiệt độ Tn   260  350  o C . Yêu cầu này được thỏa mãn khi chọn đoạn ống dẫn khí bằng vật liệu đồng hoặc thép có độ dày cần thiết. - Tính toán xác định độ dài L của đoạn ống đặt trong lò nhiệt sao cho các phần tử khí chảy từ đầu vào đến đầu ra của lò nhiệt cấp cho máy lái hoạt động, nhiệt độ của nó phải được nâng lên từ nhiệt độ thường Tmt = 25 o C đến nhiệt độ cần thiết Tn   260  350  o C . - Tính toán xác định công suất của lò nhiệt N ln . - Chọn giải pháp kết cấu để chế tạo đoạn ống dẫn khí nén đặt trong lò gia nhiệt sao cho nó vừa đảm bảo tổn hao dòng chảy trong đường ống tăng lên không đáng kể so với đường ống thẳng, vừa giảm được không gian choán chỗ của đoạn ống đặt trong lò nhiệt. Dưới đây ta xét các bài toán nêu trên [1,2,3] 2.1. Tính toán độ dài L đoạn ống dẫn khí nén đặt trong lò gia nhiệt 18 P.Q.Tuấn, L.T.Tài, N.T.Bình,T.X.Long,T.Q.Yên,“Nghiên cứu, tính toán … tên lửa Kh-35E.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Quá trình truyền nhiệt trong lò nhiệt là quá trình phức tạp bao gồm quá trình truyền nhiệt đối lưu, quá trình bức xạ nhiệt. Để đơn giản bài toán ta xét quá trình truyền nhiệt từ nguồn nhiệt đến các phần tử khí nén chảy trong đường ống chủ yếu là quá trình truyền nhiệt đối lưu, còn ảnh hưởng của quá trình bức xạ nhiệt sẽ tính đến bằng hệ số thực nghiệm. Các bước tính toán xác định độ dài đoạn ống dẫn khí nén như sau: Bước 1: Xác định công suất nguồn nhiệt cấp cho dòng khí nén Công suất nguồn nhiệt cấp cho dòng khí nén chạy trong đoạn đường ống dẫn khí đặt trong lò nhiệt để nhiệt độ của các phần tử khí ở đầu vào của đoạn đường ống có nhiệt độ môi trường Tdv = 25 oC(298 o K) và ở đầu ra đoạn ống nhiệt độ được nâng lên Tdr = 350 o C(623 o K) được xác định theo công thức sau: Nt  G.C p .  Tdr  Tdv  (1) Trong đó: Nt - công suất nguồn nhiệt cung cấp cho dòng khí ; C p - Nhiệt dung riêng đẳng áp, C p = 750 J ). kg o K G - lưu lượng khối khí nén cấp cho máy lái hoạt động, đối với chất khí lý Q .P 0, 75.103.8.105 kg tưởng: G  n n   7.103 (Ở đây: Qn và Pn - lưu lượng thể tích và áp R.Tdv 287.298 s 3 suất nguồn khí nén cấp cho máy lái hoạt động, Qn = 45 l ph = 0,75.10 -3 m s và N Pn = 8.10 5 ; R – Hằng số khí R= 287 kJ o ); m2 kg. K Thay các giá trị các tham số vào (1) ta có: Nt = 7.10 -3 .750.(623 - 298) = 1706 W Bước 2: Xác định diện tích truyền nhiệt Diện tích truyền nhiệt của đoạn ống dẫn khí nén đặt trong lò nhiệt được xác định theo công thức thực nghiệm của Newton – Richman: E *t Et*   .S .T hay S  (2)  .T Trong đó: Et* - dòng tỏa nhiệt đối lưu từ thành ống dẫn khí nén đặt trong lò nhiệt đến chất khí chảy trong ống. Theo giả thiết ban đầu, quá trình truyền nhiệt từ lò nhiệt đến dòng khí chảy trong ống chủ yếu là quá trình tỏa nhiệt đối lưu, nên Et*  Nt = 1706 W ;  - hệ số tỏa nhiệt đối lưu, w ; m2 ...