НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o144.pdf (1205.58Кб)

УДК 662.215.12

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия 2 Объединенный институт высоких температур Российской академии наук, Москва, Россия

Рассматривается метод расчета нестационарного тягового усилия эжекторного насадка пульсирующего реактивного двигателя, основанного на детонационном способе сжигания водородно-воздушной смеси.
Для определения начальных распределений термодинамических параметров внутри детонационной трубки был проведен экспресс-анализ на основе временных разверток движения светящихся продуктов горения. Для этих целей к выходному отверстию детонационной трубки присоединялась секция с прозрачными стенками для того, чтобы зарегистрировать движение продуктов горения.
По полученным снимкам и на основе уравнений неразрывности и термодинамики было рассчитано распределение скорости продуктов горения, плотности, давления и температуры, необходимых для численного анализа. Несмотря на то, что в литературе имеются данные о распределении параметров за фронтом детонационной волны, они приведены только для прямого инициирования детонации у закрыто конца и для химически «замороженного» состава газа. В статье приведены способы интерполяции измеренных параметров при температурах 2500-2800 К.
Оценка термодинамических параметров основывается на теории детонации Чепмена-Жуге о том, что скорость продуктов сгорания непосредственно за фронтом детонационной волны относительно фронта волны равна скорости звука этих продуктов в данной точке. Расчет равновесных параметров производился методом минимизации энтальпии конечного термодинамического состояния. При этом использовался программный комплекс «IVTANTHERMO», представляющий собой базу данных о термодинамических свойствах многих индивидуальных веществ в широком интервале температур.
Численно тяговое усилие рассчитывалось интегрально по поверхности эжекторного насадка. Решались уравнения Навье-Стокса с использованием конечно-разностной схемы Roe второго порядка. Продукты сгорания рассматривались как инертная смесь с «замороженным» составом, так и смесью в химическом равновесии при изменяющейся температуре. Приведено сравнение с результатами экспериментов.
Приведенный метод может быть использован для экспресс-анализа термо-газодинамических процессов внутри реактивных двигателей или других технологических установок без использования энергоемких многокомпонентных кинетических вычислений.

1. Зельдович Я. Б. Об энергетическом использовании детонационного сгорания // Журнал технической физики. 1940. №. 1. С. 1453-1461.
2. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. Т. 1. М.: Наука, 1969, С. 553-565.
3. Голубев В. А., Монахова В. П. Методы исследования эжекторных усилителей тяги (ЭУТ) // Труды МАИ. 2006. №. 22. 15 c. Режим доступа: http://www.mai.ru/upload/iblock/fd5/metody-issledovaniya-ezhektornykh-usiliteley-tyagi-_eut_.pdf (дата обращения 12.06.16).
4. Кудрин О. И., Квасников А. В., Челомей В. Н. Явление аномально высокого прироста тяги в газовом эжекционном процессе с пульсирующей активной струёй // Открытие № 314 с приоритетом от 02.07.1951. Государственный реестр открытий СССР. Зарегистрировано в 1986 г.
5. Слободкина Ф. А., Евтюхин А. В. Теоретическое исследование импульсного эжектора как устройства увеличения тяги авиационного двигателя // Авиационно-космическая техника и технология. 2003. №. 8. С. 31–34.
6. Wilson J. et al. Parametric investigation of thrust augmentation by ejectors on a pulsed detonation tube // Journal of Propulsion and Power. 2007. Т. 23. №. 1. С. 108-115.
7. Canteins G. et al. Experimental and numerical investigations on PDE performance augmentation by means of an ejector // Shock Waves. 2006. Т. 15. №. 2. С. 103-112.
8. Алиев А. В., Воеводина О. А., Пушина Е. С. Модели нестационарных термогазодинамических процессов в ракетных двигателях с учетом химического равновесия продуктов сгорания // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 11. С. 253–266. DOI: 10.7463/1115.0818791.
9. Golovastov S. V. et al. Influence of outlet construction on thrust of pulse detonation engine // Proc. of 4th European Conference for Aerospace Sciences. 2011. Paper №. 491.
10. Roe P. L. Approximate Riemann solvers, parameter vectors, and difference schemes // Journal of computational physics. 1981. Т. 43. №. 2. С. 357-372.
11. Spalart P. R., Allmaras S. R. A One-Equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows // AIAA Paper. 1992. Paper № 92-0439. DOI: 10.2514/6.1992-439
12. Schultz E., Shepherd J. Validation of detailed reaction mechanisms for detonation simulation. 242 p. Режим доступа: http://authors.library.caltech.edu/25820/1/FM99-5.pdf (дата обращения 12.06.16)