Модель турбулентного перемішування продуктів детонації із зовнішнім середовищем у камері імпульсного двигуна
Рубрика:
| Золотько, ОЄ, Золотько, ОВ, Мороз, ЮІ, Сосновська, ОВ |
| Косм. наука технол. 2018, 24 ;(6):16-23 |
| https://doi.org/10.15407/knit2018.06.016 |
| Мова публікації: Українська |
Анотація: Використання механізму керування високошвидкісними потоками продуктів детонації, заснованого на створенні у вихідному пристрої двигуна газового середовища контрольованого складу, потребує детального дослідження зміни співвідношення питомих теплоємностей газу в області за фронтом ударної хвилі. У разі суттєвої різниці між показниками адіабати продуктів детонації та газу в сопловому насадку значною мірою проявляється вплив ефекту хвильової взаємодії. Проаналізовано механізм збудження коливального процесу, обумовленого взаємодією хвиль, відбитих від контактної поверхні та від тягової стінки камери. Внаслідок такої взаємодії на тяговій стінці періодично з’являються піки тиску, які призводять до експериментально спостережуваного збільшення питомого імпульсу тяги детонаційного двигуна. Розглянуто відомі теоретичні моделі, призначені для розрахунку імпульсу тяги детонаційної камери з прямим циліндричним сопловим насадком. Проаналізовано притаманні цим моделям обмеження.
Запропоновано нову теоретичну модель, засновану на аналізі процесу турбулентного перемішування продуктів детонації з газом, який заповнює сопловий насадок довільної форми. Математична модель робочого процесу в камері детонаційного двигуна заснована на двовимірних нестаціонарних рівняннях Ейлера. Чисельне інтегрування системи диференційних рівнянь моделі здійснено з використанням кінцево-різницевої схеми класу TVD. Результати чисельно-теоретичного дослідження відповідають відомим експериментальним даним. Використання нової моделі дозволяє обґрунтовано здійснювати вибір типу та форми соплового насадку для детонаційної камери багаторежимного двигуна, призначеного для роботи в умовах, коли параметри навколишнього середовища зазнають суттєвих змін. Наведено приклад практичного застосування отриманих результатів при розв’язанні задачі вибору найкращого з трьох соплових насадків різного типу (прямого циліндричного, високого ступеня розширення та розсувного).
|
| Ключові слова: імпульсний детонаційний двигун, детонація, показник адіабати, сопло, теоретична модель, турбулентність, чисельне моделювання |
References:
1. Васильев А. П., Кудрявцев В. М., Кузнецов В. А. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Кн. 2. Учеб. для авиац. спец. вузов / Под ред. В. М. Кудрявцева. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1993. — 383 с.
2. Золотько А. Е., Коваленко Н. Д., Стрельников Г. А., Мороз Ю. И., Андриевский Ю. В. Моделирование процесса детонации в камере ракетного двигателя с дивергентным сопловым насадком // Пробл. высокотемпературной техники. — 2013. — C. 79—87.
3. Золотько О. Є., Коваленко М. Д., Стрельніков, Мороз Ю. І., Золотько О. В., Сосновська О. В. Аналіз впливу параметрів зовнішнього середовища на імпульсні характеристики детонаційного двигуна // Пробл. высокотемпературной техники. — 2014. — С. 85—96.
4. Тарнавский Г. А. Ударные волны в газах с различными показателями адиабаты до и после фронта скачка // Вычислительные методы и программирование. — 2002. — 3. — С. 222—236.
5. Шоршоров М. Х. Физико-химические основы детонационно-газового напыления покрытий. — М.: Наука, 1978. — 227 с.
2. Золотько А. Е., Коваленко Н. Д., Стрельников Г. А., Мороз Ю. И., Андриевский Ю. В. Моделирование процесса детонации в камере ракетного двигателя с дивергентным сопловым насадком // Пробл. высокотемпературной техники. — 2013. — C. 79—87.
3. Золотько О. Є., Коваленко М. Д., Стрельніков, Мороз Ю. І., Золотько О. В., Сосновська О. В. Аналіз впливу параметрів зовнішнього середовища на імпульсні характеристики детонаційного двигуна // Пробл. высокотемпературной техники. — 2014. — С. 85—96.
4. Тарнавский Г. А. Ударные волны в газах с различными показателями адиабаты до и после фронта скачка // Вычислительные методы и программирование. — 2002. — 3. — С. 222—236.
5. Шоршоров М. Х. Физико-химические основы детонационно-газового напыления покрытий. — М.: Наука, 1978. — 227 с.
6. Browne S., Ziegler J., Shepherd J. E. Numerical Solution Methods for Shock and Detonation Jump Conditions, Pasadena California Inst. of Technology: Tech. Rept. FM2006.006 (2004).
7. Cooper M. A. Impulse Generation by Detonation Tubes, Thesis: California Institute of Technology, Pasadena, CA. (May 2004).
8. Gurney R. W. The Initial Velocities of Fragments from Bombs, Shells, and Grenades Army Ballistic Research Laboratory: Tech. Rept. BRL 405 (1943).
9. Kasahara J., Arai T. and Matsuo A. Experimental analysis of pulse detonation engine performance by pressure and momentum measurements AIAA Paper 2003-0893 (2003).
10. Kasahara J., Liang Z., Browne S. T., Sheperd J. E. Impulse Generation by an Open Shock Tube, AJAA Journal. Vol. 46, № 7, 1593—1603 (2008).
11. Sato S., Matsuo A., Kasahara J. and Endo T. Numerical investigation of the PDRE performance with detailed chemistry 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, January 5—8, Reno, NV, AIAA 2004-0464 (2004).
12. Sato S., Matsuo A., Kasahara J. and Endo T. Numerical Studies on Specific Impulse of Partially Filled Pulse Detonation Rocket Engines Journal of Propulsion and Power. Vol. 22.N 1, 64—70 (2006).
7. Cooper M. A. Impulse Generation by Detonation Tubes, Thesis: California Institute of Technology, Pasadena, CA. (May 2004).
8. Gurney R. W. The Initial Velocities of Fragments from Bombs, Shells, and Grenades Army Ballistic Research Laboratory: Tech. Rept. BRL 405 (1943).
9. Kasahara J., Arai T. and Matsuo A. Experimental analysis of pulse detonation engine performance by pressure and momentum measurements AIAA Paper 2003-0893 (2003).
10. Kasahara J., Liang Z., Browne S. T., Sheperd J. E. Impulse Generation by an Open Shock Tube, AJAA Journal. Vol. 46, № 7, 1593—1603 (2008).
11. Sato S., Matsuo A., Kasahara J. and Endo T. Numerical investigation of the PDRE performance with detailed chemistry 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, January 5—8, Reno, NV, AIAA 2004-0464 (2004).
12. Sato S., Matsuo A., Kasahara J. and Endo T. Numerical Studies on Specific Impulse of Partially Filled Pulse Detonation Rocket Engines Journal of Propulsion and Power. Vol. 22.N 1, 64—70 (2006).