Научный отчет № 5290

Название

Разработка и исследование перспективных двигателей с различными режимами горения для авиационно-космической техники". Шифр "ДТ-4". Этап 2. Проведение комплекса теоретических и экспериментальных исследований модельных ПВРД с ТКТ и его элементов в обосновании принятой концепции ТКТ. Предложения и рекомендации по использованию технологии ТКТ на ЛА. (Итоговый).

Авторы

Левин В.А., Марков В.В., Афонина Н.Е., Громов В.Г., Мануйлович И.С., Хмелевский А.Н.

Аннотация

В первой главе проведено численное исследование воспламенения и горения керосино-воздушной смеси при стабилизации пламени водородным воспламенителем в модельной камере сгорания на основе двумерной модели течения. Исследование выполнено для условий, близких по ряду параметров к условиям экспериментов в камере сгорания с использованием технологии ТКТ ЦАГИ. Генерация программ и баз термохимических данных выполнена с помощью технологии HIGHTEMP НИИё механики МГУ. На основе результатов параметрических расчетов выявлены характерные особенности структуры течения в канале и ее зависимости от интенсивности инжекции водорода, а также расположения и размера области массоподвода . Во второй главе проведено численное исследование продувки сверхзвуковым потоком воздуха модели камеры сгорания для оценки эффективности управления процессами посредством подачи газа в воздухозаборном устройстве. На основе результатов параметрических расчетов выявлены характерные особенности структуры течения в модели и ее зависимости от интенсивности инжекции воздуха, а также расположения и размера области газоподвода. В третьей главе на импульсной аэродинамической установке проведены экспериментальные продувки модели тягового модуля на базе кольцевого сопла воздухом комнатной температуры и высокотемпературными продуктами сгорания ацетилено-воздушных смесей. Измерены давления в характерных точках проточной части продуваемой модели, величины тяги, времена запуска сопла и продолжительности периода квазистационарного истечения в моделях соплового устройства с различными значениями размера критического сечения кольцевого сопла. Определены собственная частота колебательной системы, используемой для измерений тяги, и верхняя частотная граница на скорость изменения внешнего воздействия, при которой используемая схема измерений дает достоверные результаты. Показано, что введение дополнительного затухания в измерительную колебательную систему (поршень – датчик силы) позволяет устранить влияние собственных колебаний системы на сигнал с датчика силы тяги. Полученные в опытах значения давлений, силы тяги, времен запуска соплового устройства и времен квазистационарного истечения газа могут использоваться как для прогнозирования тяговых характеристик кольцевых сопел, так и для тестирования, верификации и корректировки нестационарных расчетных моделей течений газов в подобных сопловых устройствах с каналами сложной формы. В четвертой главе представлены результаты выполненного на основе уравнений Эйлера расчетного моделирования истечения воздуха из кольцевого сопла с диаметром 70 мм и величиной критического сечения 4.4 мм. Исследовано формирующееся течение для различных значений температуры и давления торможения (T*=300÷600K; P*=9.8 и 19.8 атм) и двух значений давления воздуха в пространстве истечения: 0.01 и 1атм. Были выявлены различные режимы течения, включая режим стационарного истечения, режим истечения с экспоненциальным затуханием периодических колебаний и режим с колебаниями постоянной амплитуды. Определена частота колебаний, получены нестационарные поля параметров потока и зависимости от времени характеристик тягового модуля в центре тяговой стенки. Приведенные расчеты показали, что частота колебаний не изменяется при увеличении разрешения сетки.

Год публикации

2015 г.

Объём

82 с.

Научный руководитель

Левин В.А.

Ключевые слова

численное исследование, керосино-воздушная смесь, водородный воспламенитель, кольцевое сопло, эксперимент, тяга, давление, измерение.