Модель турбулентного перемешивания продуктов детонации с внешней средой в камере импульсного двигателя
Рубрика:
| Золотько, АЕ, Золотько, ЕВ, Мороз, ЮИ, Сосновская, АВ |
| Косм. наука технол. 2018, 24 ;(6):16-23 |
| https://doi.org/10.15407/knit2018.06.016 |
| Язык публикации: Украинский |
Аннотация: Использование механизма управления высокоскоростными потоками продуктов детонации, основанного на создании в выходном устройстве двигателя газовой среды контролируемого состава, требует детального исследования изменения соотношения удельных теплоемкостей газа в области за фронтом ударной волны. В случае существенной разницы между показателями адиабаты продуктов детонации и газа в сопловом насадке в значительной степени проявляется влияние эффекта волнового взаимодействия. Проанализирован механизм возбуждения колебательного процесса, обусловленного взаимодействием волн, отраженных от контактной поверхности и от тяговой стенки камеры. Вследствие такого взаимодействия на тяговой стенке периодически появляются пики давления, которые приводят к экспериментально наблюдаемому увеличению удельного импульса тяги детонационного двигателя. Рассмотрены известные теоретические модели, предназначенные для расчета импульса тяги детонационной камеры с прямым цилиндрическим сопловым насадком. Проанализированы присущие этим моделям ограничения.
Предложена новая теоретическая модель, основанная на анализе процесса турбулентного перемешивания продуктов детонации с газом, который заполняет сопловой насадок произвольной формы. Математическая модель рабочего процесса в камере детонационного двигателя основана на двумерных нестационарных уравнениях Эйлера. Численное интегрирование системы дифференциальных уравнений модели осуществлено с использованием конечно-разностной схемы класса TVD. Результаты численно-теоретического исследования соответствуют известным экспериментальным данным. Использование новой модели позволяет обоснованно осуществлять выбор типа и формы соплового насадка для детонационной камеры многорежимного двигателя, предназначенного для работы в условиях, когда параметры окружающей среды подвергаются существенным изменениям. Приведен пример практического применения полученных результатов при решении задачи выбора наилучшего из трех сопловых насадков разного типа (прямого цилиндрического, высокой степени расширения и раздвижного).
|
| Ключевые слова: детонация, импульсный детонационный двигатель, показатель адиабаты, сопло, теоретическая модель, турбулентность, численное моделирование |
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).